Wetenschappers creëren een micrometer-formaat kristal van ruimte-tijd

Een kristal is een vaste stof waarvan de atomen of moleculen regelmatig in een specifieke structuur zijn gerangschikt.

Als je het door een microscoop bekijkt, kan dat weleen atoom of molecuul altijd met gelijke tussenpozen detecteren. Dit is vergelijkbaar met ruimte-tijdkristallen: waarin een zich herhalende structuur niet alleen in de ruimte bestaat, maar ook in de tijd. De kleinste onderdelen zijn voortdurend in beweging totdat ze na een bepaalde periode terugkeren naar hun oorspronkelijke staat.

2012 Nobelprijswinnaar natuurkundeFrank Wilczek ontdekte de symmetrie van materie in de tijd. Hij wordt beschouwd als de ontdekker van deze zogenaamde tijdkristallen, hoewel hij ze als theoreticus slechts hypothetisch voorspelde. Sindsdien hebben verschillende wetenschappers gezocht naar materiaal waarin dit fenomeen wordt waargenomen. Het feit dat ruimtetijdkristallen bestaan, werd voor het eerst bevestigd in 2017. De structuren waren echter slechts enkele nanometers groot en vormden zich pas bij zeer lage temperaturen onder de –250 ° C. Het feit dat wetenschappers er nu in zijn geslaagd om relatief grote ruimtetijdkristallen van enkele micrometers groot op video weer te geven bij kamertemperatuur, wordt als baanbrekend beschouwd. Maar ook omdat ze konden aantonen dat hun tijd-ruimtekristal van magnonen kan interageren met andere magnonen die ermee in botsing komen.

“We kozen voor een regelmatig herhalende structuurmagnonen in ruimte en tijd stuurden meer magnonen, en uiteindelijk verspreidden ze zich. Zo konden we aantonen dat het tijdkristal kan interageren met andere quasideeltjes. Dat heeft nog niemand direct in een experiment kunnen laten zien, laat staan ​​op video.”

Nick Traeger, promovendus aan het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen

In hun experiment plaatsten wetenschappers een stripmagnetisch materiaal naar een microscopisch kleine antenne waardoor ze RF-stroom doorgaven. Dit microgolfveld produceerde een oscillerend magnetisch veld, de energiebron die de magnonen in de strip stimuleerde - een spingolf-quasideeltje. Magnetische golven migreerden naar de linker- en rechterstrepen en condenseerden spontaan tot een zich herhalend patroon in ruimte en tijd. In tegenstelling tot triviale staande golven, vormde dit patroon zich zelfs voordat twee convergerende golven elkaar konden ontmoeten en elkaar kruisen. Een patroon dat regelmatig verdwijnt en vanzelf weer verschijnt, moet een kwantumeffect zijn.

Het unieke van de opening is ook in gebruikeen röntgencamera waarmee je niet alleen golffronten kunt zien met een zeer hoge resolutie, die 20 keer beter is dan de beste lichtmicroscoop. Maar het kan dit zelfs doen met tot wel 40 miljard frames per seconde en met een extreem hoge gevoeligheid voor magnetische verschijnselen.

“Wij konden laten zien dat zulke kristallen bestaanruimtetijden zijn veel betrouwbaarder en wijdverbreider dan verwacht. Ons kristal condenseert bij kamertemperatuur en deeltjes kunnen ermee interageren, in tegenstelling tot een geïsoleerd systeem. Bovendien had het een formaat bereikt dat gebruikt kon worden om iets met dit magnon-ruimtetijdkristal te doen. Dit zou tot veel potentiële toepassingen kunnen leiden."

Paweł Gruszecki, wetenschapper aan de Faculteit Natuurkunde van de Adam Mickiewicz Universiteit in Poznań

Klassieke kristallen hebben een zeer bredetoepassingsgebied. Als kristallen niet alleen in de ruimte maar ook in de tijd kunnen interageren, kunnen wetenschappers een andere dimensie toevoegen aan mogelijke toepassingen. Het potentieel voor communicatietechnologie, radar- en beeldtechnologie is enorm.

Lees ook:

Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?

Wetenschappers hebben de snelheidslimiet in de kwantumwereld ontdekt.

Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen.