Fyzici pátrají po časových krystalech. Kredit: Michael Marsland/Yale University.

Běžné krystaly, jako je třeba sůl nebo křemen, jsou sice krásné, ale ve skutečnosti představují jenom pravidelně prostorově uspořádané atomy příslušných sloučenin. Takovým krystalům důvěrně rozumíme už asi tak století. Zato časové krystaly, to je jiná káva.

Vlevo Jared Rovny, vpravo Sean Barrett. Kredit: Yale University.

Časové krystaly byly objeveny v roce 2016. Nositel Nobelovy ceny Frank Wilczek z MIT je přitom předpověděl v roce 2012. Jejich atomy „tikají“, když jsou vystaveny elektromagnetickému poli, přičemž se periodicky otáčejí tam a zase zpět. V jistém úhlu pohledu jsou pravidelně uspořádané jak v čase, tak i v prostoru. Vlastně jde o časoprostorové krystaly. Taková látka nikdy nedosáhne tepelné rovnováhy a funguje jako otevřený nerovnovážný systém.

Odborníci jsou přesvědčeni, že porozumění časovým krystalům by nás mohlo dovést k pokroku ve vývoji ultrapřesných atomových hodin, gyroskopů, magnetometrů, a také ve vývoji rozmanitých kvantových technologií. Není náhodou, že se časovými krystaly začali zabývat američtí vojenští vývojáři DARPA, kteří za tímto účelem zřídili výzkumnou skupinu Driven and Non-equilibrium Quantum Systems (DRINQS). Jejich výzkum je přitom oficiálně tajný, takže si od něj očividně slibují velké věci.

Sean Barrett z Yale a jeho tým vystopovali náznaky, které svědčí o přítomnosti časového krystalu na místě, kde by nejspíš nikdo nečekal. Našli to v krystalech dihydrogenfosforečnanu amonného, známého též jako fosforečnan monoamonný (MAP, podle anglického monoammonium phosphate). Tato látka se používá jako aditivum, například do hnojiv nebo práškových hasicích přístrojů. Objevuje se také v soupravách na pěstování hezkých krystalů pro děti.

Krystal fosforečnanu monoamonného. Kredit: Damien Miller / Wikimedia Commons.

Na počátku objevu byla samozřejmě náhoda. Barrettův student Jared Rovny vypěstoval MAP krystaly za úplně jiným účelem a jeden z nich se souhrou okolností dostal k Barrettovi. Ten se přiznal, že by v podobném krystalu časový krystal skutečně nečekal. MAP krystaly pěkně a pravidelně rostou, však jsou právě proto v soupravách pro děti. Barrett a spol. by ale hledali časové krystaly spíše v krystalech, které mají méně pěkně uspořádanou strukturu.

Vypěstuj si kolosální krystaly. Kredit: Alex Toys.

Nicméně, Barrett s kolegy vzali dotyčný MAP krystal a strčili ho do nukleární magnetické rezonance (NMR), aby se podívali, jestli tam náhodou přece jenom nejsou stopy po časovém krystalu. A měl ho tam. Takže vědci z Yale ohromili sami sebe i média celého světa tím, že je možné objevit časové krystaly v hračkářství.

Jak už to v podobných případech bývá, nový objev přinesl mnohem více dalších otázek, nežli odpovědí. Výskyt časových krystalů na nečekaném místě nepochybně inspiruje intenzivní výzkum MAP krystalů a dalších podobných materiálů. Vědci se budou především snažit odpovědět na otázku, jak v něčem takovém vlastně vůbec časové krystaly mohou vzniknout?

Video: Time Crystals: new states of matter, by Frank Wilczek

Literatura
Yale University 2. 5. 2028, DARPA 18. 1. 2018, Physical Review Letters 120: 180603, Physical Review B 97: 184301.