لقد خلق الفيزيائيون جديدا نوع من الكريستال الوقت قد يساعد ذلك في تأكيد بعض النظريات الأساسية حول التفاعلات الكمومية.

بلورة الوقت القياسية جديدة مرحلة المادة التي تتميز بالحركة الدائمة دون استهلاك الطاقة. ووفقا لتشونغ زو، الأستاذ المساعد للفيزياء في جامعة واشنطن في سانت لويس وأحد الباحثين الرئيسيين في الفريق، فإن بلورة الزمن تشبه البلورة التقليدية.

ومع ذلك، على عكس البلورة التقليدية، التي تكرر نمطًا عبر البعد المادي للفضاء، تكرر بلورة الزمن نمطًا من الحركة، وتعيد ترتيب ذراتها بنفس الطريقة مع مرور الوقت، كما قال زو. يؤدي هذا إلى اهتزاز بلورة الوقت بتردد محدد.

من الناحية النظرية، فإن بلورة الزمن قادرة على الدوران عبر نفس النمط إلى ما لا نهاية دون الحاجة إلى أي طاقة إضافية – مثل الساعة التي لا تحتاج أبدًا إلى التعبئة. لكن الحقيقة هي أن البلورات الزمنية هشة بشكل لا يصدق، وبالتالي فهي تستسلم للضغوط البيئية بسهولة إلى حد ما.

على الرغم من أن البلورات الزمنية كانت موجودة منذ عام 2016، إلا أن الفريق قد حقق شيئًا غير مسبوق: لقد ابتكروا نوعًا جديدًا من البلورات الزمنية يسمى شبه البلورة الزمنية. أ شبه بلوري هي مادة صلبة، مثل البلورة العادية، لها ذرات مرتبة بطريقة محددة وغير عشوائية، ولكن بدون نمط متكرر.

متعلق ب: علماء يبتكرون “بلورة زمنية” غريبة من ذرات منتفخة لتصبح أكبر بمئات المرات من الحجم الطبيعي

وهذا يعني أنه، على عكس بلورة الزمن القياسية التي تكرر نفس النمط مرارًا وتكرارًا، فإن شبه البلورة الزمنية لا تكرر أبدًا الطريقة التي ترتب بها ذراتها. نظرًا لعدم وجود تكرار، تهتز البلورة بترددات مختلفة. كما ذكر الباحثون في النتائج التي توصلوا إليها والتي نشرت في المجلة المراجعة البدنية X، وأشباه البلورات الزمنية “مرتبة ولكن على ما يبدو ليست دورية.”

كيفية بناء شبه البلورة

ولإنشاء أشباه البلورات الزمنية الجديدة، بدأ الباحثون بقطعة ألماس بحجم ملليمتر. ثم قاموا بإنشاء مساحات داخل هيكل الماسة عن طريق قصفها بأشعة قوية من النيتروجين. قام النيتروجين بإزاحة ذرات الكربون داخل الماس، تاركًا وراءه غرفًا ذرية فارغة.

الطبيعة تمقت الفراغ، لذلك تدفقت الإلكترونات بسرعة إلى هذه المساحات الفارغة وبدأت على الفور في التفاعل مع الجسيمات المجاورة على شكل أ المستوى الكمي. وفي كل مرة تمثل أشباه البلورات شبكة مكونة من أكثر من مليون من هذه المساحات الفارغة داخل الماس، على الرغم من أن كل منها يقيس ميكرومترًا واحدًا فقط (جزء من المليون من المتر).

“لقد استخدمنا نبضات الميكروويف لبدء الإيقاعات في زمن أشباه البلورات” بينجتيان ييوقال باحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في هذه الورقة في أ إفادة. “تساعد أجهزة الميكروويف في خلق النظام في الوقت المناسب.”

التطبيقات المحتملة

ومن أهم نتائج بحث الفريق أنه يؤكد بعض النظريات الأساسية لميكانيكا الكم، بحسب زو. ومع ذلك، قد يكون لأشباه البلورات الزمنية تطبيقات عملية في مجالات مثل ضبط الوقت بدقة، الحوسبة الكموميةوتقنية الاستشعار الكمي.

بالنسبة لأجهزة الاستشعار، فإن هشاشة البلورة وحساسيتها هي في الواقع نعمة؛ ولأنها حساسة جدًا للعوامل البيئية مثل المغناطيسية، فيمكن استخدامها لإنشاء أجهزة استشعار دقيقة للغاية.

بالنسبة للحوسبة الكمومية، فإن جودة الحركة الدائمة المحتملة للمادة هي المفتاح.

وقال زو: “يمكنهم تخزين الذاكرة الكمومية على مدى فترات طويلة من الزمن، بشكل أساسي مثل النظير الكمي لذاكرة الوصول العشوائي”. “نحن بعيدون جدًا عن هذا النوع من التكنولوجيا، ولكن إنشاء شبه بلوري زمني هو خطوة أولى حاسمة.”