Conceptul de cristale temporale, odată o simplă ipoteză SF, a devenit o realitate experimentală în ultimul deceniu, fiind observat în sisteme diverse, de la jucării pentru copii la gaze cuantice. Acum, o echipă de cercetători a dus lucrurile la un alt nivel, construind un cristal temporal dintr-o stare a materiei cu adevărat ciudată: atomii Rydberg, de 1.000 de ori mai mari decât un atom normal.
Deci, ce este un cristal temporal?
Spre deosebire de cristalele obișnuite, precum diamantele sau fulgii de nea, a căror structură atomică se repetă în mod regulat în spațiu, cristalele temporale au o structură care se repetă în timp. Imaginați-vă un jeleu care tremură la nesfârșit fără să fie atins. Aceasta a fost întrebarea lansată în anul 2012 de fizicianul Frank Wilczek, laureat al Premiului Nobel: poate exista un sistem al cărui ritm să fie o proprietate intrinsecă, spontană, și nu rezultatul unei forțe externe? Un ceas obișnuit, de exemplu, nu se califică, deoarece mișcarea sa este impusă de o baterie sau de un arc.
Intră în scenă atomii giganți
Pentru a crea acest nou tip de cristal temporal, echipa a apelat la atomii Rydberg. Aceștia sunt creați prin răcirea atomilor de rubidiu până aproape de zero absolut și apoi prin excitarea lor cu un laser. Acest proces împinge electronul exterior al atomului pe o orbită mult mai îndepărtată, rezultând un „atom gigantic”, de sute de ori mai mare decât cel original.
„Dacă atomii din recipientul nostru de sticlă sunt pregătiți în astfel de stări Rydberg și diametrul lor devine foarte mare, atunci forțele dintre acești atomi devin, de asemenea, foarte mari”, a explicat coautorul studiului, Thomas Pohl, de la TU Wien din Austria, într-o declarație.
Această interacțiune puternică este cheia. Când laserul este setat să excite simultan două stări Rydberg diferite în fiecare atom, se naște o buclă de feedback. Aceasta declanșează oscilații spontane între cele două stări, ceea ce duce la o absorbție ritmică, pulsatorie, a luminii laserului, conform IFL Science.
Un ritm care apare din senin
Cel mai surprinzător aspect este că acest comportament ritmic apare în mod complet spontan.
„Este, de fapt, un experiment static în care nu se impune niciun ritm specific asupra sistemului. Interacțiunile dintre lumină și atomi sunt întotdeauna aceleași, fasciculul laser are o intensitate constantă. Dar, în mod surprinzător, s-a dovedit că intensitatea care ajunge la celălalt capăt al celulei de sticlă începe să oscileze în moduri foarte regulate.”, a continuat Pohl.
Atomii gigantici se auto-organizează într-un cristal temporal continuu. Această descoperire, publicată în revista Nature Physics, nu este doar o premieră fascinantă în studiul atomilor Rydberg, ci oferă și o platformă complet nouă pentru a investiga mai profund acest fenomen exotic.
„Am creat aici un nou sistem care oferă o platformă puternică pentru aprofundarea înțelegerii fenomenului cristalului temporal într-un mod foarte apropiat de ideea originală a lui Frank Wilczek”, a concluzionat Pohl. Aplicațiile potențiale sunt la fel de interesante, oscilațiile precise și autosusținute putând fi folosite în viitor pentru dezvoltarea unor senzori de o precizie fără precedent.
