Fizikçiler Gözle Görülebilir Bir Zaman Kristali Oluşturdu

Kuantum dünyasının tüm tuhaflıkları arasında, zaman kristalleri—belirli hareketleri zamanla tekrarlayan atom düzenlemeleri—en garip olanlardan biri olabilir. Ancak kesinlikle varlar ve bu gerçeği daha sağlam bir şekilde kanıtlamak için, fizikçiler sonunda gözle görebileceğimiz bir zaman kristali oluşturmayı başardı.

Yakın zamanda Nature Materials dergisinde yayımlanan bir makalede, Colorado Boulder Üniversitesi’ndeki fizikçiler yeni bir zaman kristali tasarımını sundu: İçinde sıvı kristaller bulunan cam bir hücre—katı ve sıvı arasında gizemli bir boşlukta sıkışan çubuk şeklindeki moleküller. Akıllı telefonlarımızın ekranlarında bulunan maddelerin aynısı. Işık ile vurulduğunda, kristaller titreyerek tekrar eden desenlerde dans ediyor ve araştırmacılar bu durumu “psikedelik kaplan çizgileri”ne benzetiyor.

“Bu zaman kristalleri mikroskop altında doğrudan ve hatta özel koşullar altında çıplak gözle gözlemlenebilir,” diyor araştırmanın baş yazarı ve Colorado Boulder Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Hanqing Zhao, bir bülten açıklamasında. Araştırmacılar, bu kristalli dansların teknik olarak saatlerce sürebileceğini, “sonsuz dönen bir saat” gibi olduklarını ekledi.

Asimetrik bir merak

Zaman kristalleri ilk olarak Nobel ödüllü Frank Wilczek’in imkansız bir kristal fikrini ortaya attığı 2012 makalesinde belirdi, fizik kuramlarında birden fazla simetriyi bozuyordu. Özel olarak, bir zaman kristali simetriyi bozar çünkü atomları sürekli bir ağ yapısına kilitlenmez ve konumları zamanla değişir.

Fizikçiler Wilczek’in önerisinin versiyonlarını bugüne kadar göstermişlerdir, ancak bu kristaller oldukça kısa ömürlüydü ve mikroskobikti. Zhao ve çalışmanın kıdemli yazarı ve Colorado Boulder Üniversitesi’nde fizikçi olan Ivan Smalyukh, bu sınırlamaların üzerinden gelip gelemeyeceklerini görmek istedi.

Moleküler “kıvrığı” bulmak

Yeni zaman kristalinde, ikili moleküllerin “kıvrıkları”—belirli bir şekilde sıkıştıklarında bir araya gelme eğilimleri—yani eğilimlerinden faydalandı. Bu kıvrıklar bir araya geldiklerinde, tüm atomlar gibi davranıyorlar, araştırmacılar açıkladı.

“Bu kıvrıklar var ve onları kolayca çıkaramazsınız,” dedi Smalyukh. “Parçacıklar gibi davranırlar ve birbirleriyle etkileşime geçmeye başlarlar.”

Ekip, cam hücreleri boya molekülleriyle kapladı ve iki katman arasına sıvı kristal bir çözelti koydu. Kuruluma polarize ışık tuttuklarında, boya molekülleri cam içerisinde karıştı ve sıvı kristali sıktı. Araştırmacılar bunun kristallerin içinde binlerce yeni kıvrık oluşturduğunu açıkladı.

“İşte bu zaman kristalinin güzelliği,” dedi Smalyukh. “Öyle özel olmayan bazı koşulları yaratırsınız. Bir ışık tutmanız yeterli, ve hepsi olur.”

Ekip, bu zaman kristali sürümünün pratik kullanımları olabileceğine inanıyor. Örneğin, banknotlar üzerine basılabilecek bir ‘zaman filigranı’ sahte paraların ayırt edilmesinde kullanılabilir. Ayrıca, üst üste dizilmiş katmanlar bir mini veri merkezi olarak işlev görebilir.

Kuantum sistemlerinin çıplak gözle görülmesi nadirdir. Bu zaman kristali bir şeylere dönüşecek mi az yaşayıp göreceğiz—araştırmacılar “uygulamalar konusunda şu anda bir sınır koymak istemiyoruz”—ama dönüşmese bile, yine de fiziki teorilerin gerçekliğin tuhaf ve beklenmedik köşelerinde nasıl var olduklarına dair hoş bir gösterge olarak kalacaktır.