Klasické krystaly vytvářejí atomy uspořádané v opakujících strukturách v prostoru. Nobelistu Franka Wilczekav roce 2012 napadlo, že by mohly existovat časové krystaly, objekty, které se opakují v čase. Nejdřív ho nebrali moc vážně a dokazovali, že je nelze vyrobit. Pak se v roce 2017 objevily první časové krystaly, vytvořené různými postupy. Dnes jsou časové krystaly sice stále exotické, ale současně už pevně náležejí do fyzikálního mainstreamu.
Thomas Pohl z Technische Universität Wien (TU Wien) s týmem kolegů nedávno vytvořil velmi exotické časové krystaly, takže jde vlastně o exotiku na druhou. Použili lasery a Rydbergovy atomy, tedy vysoce excitované atomy s jedním či více elektrony o velmi vysokém hlavním kvantovém číslu (n, principal quantum number). Takové elektrony mají velkou potenciální energii a obíhají kolem jádra v mnohonásobně větší vzdálenosti. Proto jsou Rydbergovy atomy obrovské.
![Logo. Kredit: TU Wien. Logo. Kredit: TU Wien.](https://www.osel.cz/_clanky_popisky/s_tu-log.jpeg)
Systémů, které mají strukturu v čase, je spousta. Třeba kyvadlo. Časové krystaly ale musejí mít periodicitu, která vzniká samovolně. Jak vysvětluje Pohl, frekvence tikání časových krystalů je daná fyzikálními vlastnostmi systému, ale doby, kdy k tikům dochází, jsou náhodné. Projevuje se tu spontánní narušení symetrie.
Badatelé vytvořili Rydbergovy atomy z atomů rubidiového plynu. Udělali to tak, že v každém atomu excitovali dva různé Rydbergovy stavy současně. V důsledku toho došlo ke spontánním oscilacím mezi těmito stavy s nimi spojeným oscilacím absorpce světla. Vznikly časové krystaly, jejichž tikání v čase se projevovalo změnami intenzity detekovaného světla, které prošlo přes tikající Rydbergovy atomy.
Jak si pochvaluje Pohl, výsledkem jejich výzkumu je šikovná platforma, která teď může posloužit intenzivnímu výzkumu fenoménu časových krystalů. Kromě toho se nabízejí zajímavé aplikace, například v podobě senzorů. Veliké Rydbergovy atomy už byly tímto způsobem dříve využity, tak proč to nezkusit s časovými krystaly?
Video: Time crystals: A new phase of matter - and a breakthrough for quantum computing?
Literatura
Polapíme temnou hmotu na vějičku z gigantických atomů?
Autor: Stanislav Mihulka (07.01.2017)
Vědci stvořili časové krystaly a zároveň novou formu hmoty
Autor: Stanislav Mihulka (29.01.2017)
Fyzici stopují časové krystaly v běžných krystalech pro děti
Autor: Stanislav Mihulka (05.05.2018)
Nové časové krystaly mají 10milonkrát delší životnost
Autor: Stanislav Mihulka (04.03.2024)
Diskuze:
líbivé pojmy
Petr Petr,2024-07-12 20:53:08
zase tu bude za brblala...
(líbivý pojem časových krystalů nekritizuju jen já)
Oscilace nemohou vzniknout spontánně, jinak jde o perpetuum mobile (energie je dodána frekvencí laseru vůči frekvencím atomů).
Jsou to spíše buzené kolektivní oscilace
https://arxiv.org/pdf/2305.20070
we note that the oscillation completely disappears if the Rabi frequency is
too small.
Ale nějak to prodat musejí...
Re: líbivé pojmy
Redakce .,2024-07-13 00:58:52
Naopak, diskuse je k brblání. Jen nás trochu mrzí, když brblání se podává tak, jakoby Osel opět sedl na lep autorům studie, kteří … „to“ přece museli nějak prodat“ – jinými slovy, že jde o něco zcela nepodstatného. Podle nás to chtělo k takové zásadní námitce dodat, že termín „časové krystaly“ použili k popsání téhož (!) i ty nejlepší recenzované časopisy jako třeba Nature, Science,… A že kritika směřuje i proti dost těžkým váhám, jakou je nedávný nositel Nobelovy ceny fyzik Wilczek. Oslí cílová čtenářská skupina, která se tak nějak časem sama vyprofilovala jsou středoškoláci. Nebyl by pan Petr Petr ochoten své „vypálení“ ve smyslu jak je to vlastně špatně, trochu rozvést a vysvětlit i nám biologům? Zda jde o terminologickou nicotnost, nebo naopak o zásadní omyl jehož se opakovaně dopouští i slovutná periodika s týmy recenzentů, zkrátka ti všichni, jimž používání termínu časový krystal pro popsání chování skupiny částic opakujících se v čase, podobně jako se jiné krystaly (např. kuchyňská sůl nebo diamanty) opakují v prostoru, nedělá problém. Pomůže pan Petr Petr svým článkem vysvětlit i nám oslím laikům, v čem se, řekněme tomu pracovně „protistrana“, nás balamutí, zavádí či klame?
Re: líbivé pojmy
Petr Mikulášek,2024-07-13 06:40:42
Tak ona obecně představa, že je něco v základním energetickým stavu, někam to bez dodávky energie obecně vystřelí a vrátí se to zpátky na základní hladinu bez vyzáření energie a to samý se opakuje bez růstu entropie, je na první pohled horší, jak kvantovka.
Jenomže můžeme mít systém, kde jsou pevně daný stavy, je jich konečný počet a jinam to uletět nemůže (například kvantový hladiny elektronů v atomu). A pokud si něco energii na změnu stavu vypůjčí a pak zase po částech vrátí, tak to taková exotika není, používám to normálně doma v garáži na svícení ve formě luminoforu ve rtuťových výbojkách. Akorát tam je to jev chaotický, soudě podle vlnových délek, a asi se moc v čase neopakuje. Ale zákon zachování energie tam platí a kupodivu když sečtu příjem UV, výdej viditelnýho světla a odpadní teplo, držím se na nule.
A koordinovaná změna stavu atomů se v praxi taky běžně využívá - takový laser má fázi čerpání a pak při relaxaci nejenom že všechny fotony vyzáří se stejnou vlnovou délkou, ale dokonce je to záření koherentní. Akorát tu energii tomu člověk musí vnutit násilím při čerpání.
Stačí to "jenom" spojit, aby to zářilo koherentně, sosalo energii při čerpání z okolí samovolně a mělo to periodicitu v čase (atomy to dělaly synchronně na nějaké dané frekvenci). A máme realizovatelnou exotiku (minimálně v myšlenkovým experimentu), kterou můžeme zkoumat a nějak pojmenovat. Proč ne časový krystal? A proč by se to nedalo realizovat, i kdyby byly potřeba nějaký extrémní podmínky?
Re: líbivé pojmy
Florian Stanislav,2024-07-13 12:50:32
---> Petr Petr: brblání a nějak to prodat musejí.
Čtu prázdninový časopis 21. století, 2024.
Seriál o světle a vlnění má na 2 stranách asi 10 věcných chyb. Jinde tam je článek o Slunci a poslední věta o termonukleární reakci na Slunci :"tato reakce uvolňuje asi čtyři miliony megawattů energie."
Megawatty jsou jednotka výkonu, ne energie a uvedený výkon = 4 TW je asi 2/3 výkonu všech světových elektráren.
Takže nechybující autoři na Oslu jako je Mihulka nebo Wagner pro popularizaci vědy dělají hodně a píší opravdu dobře.
Re: Re: líbivé pojmy
Petr Mikulášek,2024-07-13 13:49:17
Teď jsem si úplně vzpomněl na Expozici času ve Šterrnberku, jak tam třeba na panelu o Slunci měli svítivost ve Watech a další opičárny. Během půl hodiny jsme jich s kamarádkou našli asi 15. Třeba že je 1.1. křesťanský svátek, jsem se dozvěděl až tam.
Být učitel fyziky na střední škole a mít tam třídu na výletě, tak vyhlásím, že student, co najde nejvíc chyb, má automaticky na vysvědčení za 1 a je do konce roku omluven z písemek. Nepochybuju, že by toho pak vyšťourali ještě víc...
Re: líbivé pojmy
Marcel Brokát,2024-07-14 08:16:24
já si myslím, že odborníci vědí o čem je řeč. Nebo si to velmi brzy ujasní. A uzmout si trochu pozornosti laické veřejnosti k něčemu vědeckému, troufnu si říci, je společensky zdravé. Vyrovnává to částečně tlak politických nesmyslů, 79 pohlaví, snah o přepisování historie, a servírování té jediné správné kávy za 290,-, ale pozor - s tím jediným úžasným příběhem životem omláceného, celosvětově nepochopeného kavárníka... :-)
Re: Re: líbivé pojmy
Martin Novák2,2024-07-16 17:59:03
Uzmout si trochu pozornosti laické veřejnosti je společensky zdravé dokud ta laická veřejnost na základě těch převratných nových FV panelů, baterií s desetinásobnou hustotou a průlomů ve fúzních reaktorech nezačne plánovat energetiku jako by to za pár let mělo být na trhu.
A politikové jsou laická veřejnost. Moderní řízení země evidentně spoléhá na princip: čím méně tomu rozumíš tím spíš ten post dostaneš.
Re: líbivé pojmy
F M,2024-07-16 00:26:09
Narozdíl od různých dotacíchtivých autorů matoucích lidstvo různými vodíkovými/metanovými ekonomikami bych se zde autorů zastal nemyslím, že by šlo o úmyslné matení za účelem zviditelnění či jiným zjištným.
Ta spontánnost se předpokládá v rámci toho systému/pokusu (i s tou dodávanou energií) a pokud se nepletu tak nikdo neočekává, že se nebude dodávat. Z abstraktu "Zde uvádíme experimentální pozorování takového disipativního časově krystalického řádu v atomovém plynu při pokojové teplotě, kde jsou atomy v základním stavu nepřetržitě poháněny do Rydbergových stavů." Dáváte tomu slovu "spontánně" význam který v tomto kontextu nemá i když v jiných oblastech je obvyklý.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce