მერილენდის უნივერსიტეტის (აშშ) ფიზიკოსებმა რამდენიმე იტერბიუმის ატომისგან შემდგარ არაწონასწორულ სისტემაში შექმნეს პირველი „დროის კრისტალი“. იტერბიუმი (Yb, ატომური ნომერი 70) მიეკუთვნება იშვიათმიწა ელემენტებს (იტერიუმის ქვეჯგუფს).

მეცნიერების მიერ შექმნილი ობიექტი წარმოადგენს იტერბიუმის იონებისგან შექმნილ რგოლებს, რომლებიც გაციებისას გადადიან მინიმალურ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში და იწყებენ ბრუნვას თავისი ღერძის გარშემო დროის სიმეტრიის დარღვევის გამო. ასეთი ობიექტების კვანტური მოძრაობით არ შეიძლება ენერგიის მიღება, თუმცა ეფექტი შესაძლოა გამოყენებული იქნას კვანტურ კომპიუტერებში, ან შეასრულოს ზე-ზუსტი საათის როლი.

დროის კრისტალის კონცეფცია თეორიულად შემოთავაზებული იქნა 2012 წელს ფრენკ ვილჩეკის (Frank Wilczek, 2004 წელს ფიზიკაში ნობელის პრემიის ლაურიატი) მიერ. დროის კრისტალი ისეთ ობიექტებს რომლებიც ძირითად მდგომარეობაში იმყოფებიან პერიოდულ მოძრაობაში ეწოდათ ჩვეულებრივ კრისტალებთან ანალოგიით, რომელთაც ახასიათებთ პერიოდული სივრცითი სტრუქტურა. შემდგომში დადგინდა, რომ წონასწორულ სისტემებში მინიმალური ენერგიით დროის კრისტალების არსებობა შეუძლებელია. მინიმალური ენერგია კი, ამ შემთხვევაში პრინციპულ როლს თამაშობს. რადგან სისტემას შეუძლია უსასრულოდ მოძრაობა მხოლოდ იმ შემთხვევაში თუ ‘არაფერი აქვს დასაკარგი’, ანუ სტაბილურია.

ამერიკელი ფიზიკოსების ახალ შრომაში შემოთავაზებულია გამოსავალი, სისტემის სტაბილურობის შენარჩუნება ე. წ. ანდერსონის ლოკალიზაციის ეფექტით. მისი დედააზრია ის, რომ ზოგიერთი რთული სისტემის (დისკრეტული დროის კრისტალი) კომპონენტების ტალღური ფუნქციები ზუსტადაა ლოკალიზებული კომპონენტების ერთმანეთთან ინტერფერენციის გამო, რის შედეგადაც ენერგიას არ შეუძლია სისტემის დატოვება. კერძოდ, გაციებისგან მიღებული რგოლების შემადგენელი იტერბიუმის თითოეულ ატომს აქვს საკუთარი სპინი, რომლის საშუალებითაც შეუძლიათ იმოქმედონ ერთმანეთთან. შესაძლებელია ლაზერის სხივით ზოგიერთი ატომის სპინის შეცვლა. ჩვეულებრივ შემთხვევაში სისტემაში წარმოქმნილი ოსცილაციების სიხშირე დამოკიდებული უნდა იყოს ლაზერის სხივის სიხშირეზე. თუმცა დროის კრისტალის შემთხვევაში ეს კორელაცია არ უნდა შეინიშნებოდეს, რადგან სისტემა საკმარისად იზოლირებულია რათა შეინარჩუნოს საკუთარი მუდმივი პერიოდული მოძრაობა, რაც დაკვირვებული იქნა მერილენდის ჯგუფის მიერ.

წყარო:

https://arxiv.org/abs/1609.08684

https://www.technologyreview.com/s/602541/physicists-create-worlds-first-time-crystal/