Cristais de tempo que persistem indefinidamente à temperatura ambiente podem ter aplicações em cronometragem precisa.
Todos nós já vimos cristais, seja um grão de sal ou açúcar, ou uma ametista elaborada e bonita. Esses cristais consistem em átomos ou moléculas que se repetem em um padrão tridimensional simétrico chamado de treliça, onde os átomos ocupam determinados pontos no espaço. Ao formar uma rede periódica, os átomos de carbono no diamante, por exemplo, quebram a simetria do espaço em que estão. Os físicos chamam isso de “quebra de simetria”.
Os cientistas descobriram recentemente que um efeito semelhante pode ser visto com o tempo. A quebra de simetria, como o nome indica, só pode aparecer se algum tipo de simetria estiver presente. No domínio do tempo, uma força ou fonte de energia que muda periodicamente produz naturalmente um padrão de tempo.
A quebra de simetria ocorre quando um sistema acionado por essa força experimenta um momento de déjà vu, mas Não Com o mesmo período de força. Os ‘cristais do tempo’ foram perseguidos na última década como uma nova fase da matéria e recentemente foram observados sob condições experimentais complexas em sistemas isolados. Esses experimentos exigem temperaturas extremamente baixas ou outras condições rigorosas para minimizar influências externas indesejadas.
Para que os cientistas aprendam mais sobre cristais de tempo e aproveitem seu potencial em tecnologia, eles precisam encontrar maneiras de produzir e manter os estados de cristais de tempo estáveis fora do laboratório.
Pesquisa de ponta liderada pela Universidade da Califórnia em Riverside foi publicada esta semana em Comunicações da Natureza Agora observe os cristais de tempo em um sistema que não está isolado de sua vizinhança. Essa grande conquista aproxima os cientistas do desenvolvimento de cristais de tempo para uso em aplicações do mundo real.
“Quando seu sistema experimental tem uma troca de energia com o ambiente, a dissipação e o ruído trabalham em conjunto para destruir a ordem temporal”, disse o principal autor Hossein Taheri, professor assistente de engenharia elétrica e de computação em Marlan e Rosemary Burns. Faculdade de Engenharia. “Em nossa plataforma óptica, o sistema atinge um equilíbrio entre ganho e perda para criar e manter cristais de tempo.”
Avançando a ideia apresentada pelo Prêmio Nobel Frank Wilczek há uma década, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor associado Hossein Taheri da Universidade da Califórnia em Riverside demonstrou novos cristais de tempo que persistem indefinidamente à temperatura ambiente, apesar do ruído e da perda de energia.
A cristalização de tempo totalmente fotônica é alcançada usando um ressonador de vidro de fluoreto de magnésio em forma de disco com um diâmetro de um milímetro. Quando dois feixes de laser foram bombardeados, os pesquisadores observaram picos sub-harmônicos, ou tons de frequência entre os dois feixes de laser, indicando uma quebra na simetria do tempo e a criação de cristais de tempo.
A equipe liderada pela UCR usou uma tecnologia chamada trava de autoinjeção a laser no ressonador para obter durabilidade contra influências ambientais. As assinaturas de estado de repetição no tempo deste sistema podem ser facilmente medidas no domínio da frequência. A plataforma proposta simplifica assim o estudo desta nova fase da questão.
Sem a necessidade de uma temperatura mais baixa, o sistema pode ser movido para fora de um laboratório complexo para aplicações de campo. Uma dessas aplicações pode ser medições muito precisas de tempo. Porque repetição e tempo são um reflexo matemático um do outro,[{” attribute=””>accuracy in measuring frequency enables accurate time measurement.
“We hope that this photonic system can be utilized in compact and lightweight radiofrequency sources with superior stability as well as in precision timekeeping,” said Taheri.
Reference: “All-optical dissipative discrete time crystals” by Hossein Taheri, Andrey B. Matsko, Lute Maleki and Krzysztof Sacha, 14 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28462-x
Taheri was joined in the research by Andrey B. Matsko at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki at OEwaves Inc. in Pasadena, Calif., and Krzysztof Sacha at Jagiellonian University in Poland.