Entdeckung neuer Zeitkristalle
Eine seltsame Form von Materie namens Zeitkristall ist kürzlich an zwei neuen Orten aufgetaucht. Wissenschaftler schufen einen solchen Kristall in Monoammoniumphosphat, wie in der Mai-Ausgabe von Physical Review Letters berichtet, und eine andere Gruppe schuf ihn in einem flüssigen Medium mit sternförmigen Partikeln, was in Physical Review erschien.
Im Gegensatz zu anderen bekannten Beispielen Zeitkristall aus Monoammoniumphosphat wurde es aus einem festen Material mit einer geordneten physikalischen Struktur hergestellt, d.h. traditioneller Kristall. Der Rest der Materialien, aus denen bisher Kristalle entstanden waren, war ungeordnet. Wissenschaftler haben 2016 erstmals Zeitkristalle geschaffen. Einer wurde aus fehlerhaftem Diamant hergestellt, der andere aus einer Kette von Ytterbiumionen.
Gewöhnliche Kristalle wie Salz und Quarz sind Beispiele für dreidimensionale, geordnete räumliche Kristalle. Ihre Atome bilden ein sich wiederholendes System, das Wissenschaftlern seit Jahrzehnten bekannt ist. Zeitkristalle sind anders. Ihre Atome schwingen periodisch zuerst in die eine und dann in die andere Richtung, angeregt durch eine pulsierende magnetische Kraft (Resonanz). Das heißt "Tick".
Das Ticken in einem Zeitkristall ist auf eine bestimmte Frequenz beschränkt, obwohl die interagierenden Impulse unterschiedliche Resonanzen haben. Beispielsweise rotierten Atome in Zeitkristallen, die in einem der letztjährigen Experimente untersucht wurden, mit einer Frequenz, die nur der Hälfte der Pulsationsfrequenz des auf sie einwirkenden Magnetfelds entsprach.
Wissenschaftler sagen, dass das Verständnis von Zeitkristallen zu Verbesserungen bei Atomuhren, Gyroskopen und Magnetometern führen und zur Entwicklung von Quantentechnologien beitragen könnte. Die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) hat die Finanzierung der Erforschung einer der seltsamsten wissenschaftlichen Entdeckungen der letzten Jahre angekündigt.
- sagte der Leiter des DARPA-Programms zu Gizmodo, Dr. Roza Alehanda Lukashev. Die Einzelheiten dieser Studien seien vertraulich, sagte sie. Daraus lässt sich nur schließen, dass es sich um eine neue Generation von Atomuhren handelt, die komfortabler und stabiler ist als die derzeit verwendeten komplexen Laboranlagen. Bekanntermaßen werden solche Zeitgeber in vielen wichtigen militärischen Systemen eingesetzt, darunter beispielsweise auch GPS.
Nobelpreisträger Frank Wilczek
Bevor Kristalle tatsächlich entdeckt wurden, wurden sie theoretisch konzipiert. Es wurde vor einigen Jahren von einem amerikanischen Nobelpreisträger erfunden. Frank Wilczek. Kurz gesagt, seine Idee besteht darin, die Symmetrie zu brechen, wie es bei Phasenübergängen der Fall ist. Allerdings würde in theoretischen Zeitkristallen die Symmetrie nicht nur in drei Raumdimensionen gebrochen, sondern auch in der vierten – Zeit. Nach Wilczeks Theorie weisen zeitliche Kristalle nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit eine sich wiederholende Struktur auf. Das Problem besteht darin, dass dies eine Schwingung der Atome im Kristallgitter impliziert, d. h. Bewegung ohne Stromversorgungetwas, das von Physikern als unmöglich und unmöglich angesehen wurde.
Während wir immer noch nicht wissen, welche Kristalle der berühmte Theoretiker wollte und wahrscheinlich auch nie kennen wird, bauten Physiker der University of Maryland und der Harvard University im Jahr 2016 „diskontinuierliche“ (oder diskrete) Zeitkristalle. Hierbei handelt es sich um Systeme aus Atomen oder Ionen, die eine kollektive und zyklische Bewegung aufweisen und sich wie ein bisher unbekannter neuer Zustand der Materie verhalten, der der geringsten Störung widersteht.
Obwohl nicht so ungewöhnlich wie Prof. Wilczek, die neu entdeckten Zeitkristalle sind interessant genug, um militärisches Interesse zu wecken. Und das scheint ziemlich bedeutsam zu sein.
