211service.com
Hoe een ruimte-tijdkristal te bouwen?
Een paar maanden geleden hebben we gekeken naar het begrip tijdkristallen, een idee van de Nobelprijswinnende natuurkundige Frank Wilczek en zijn vriend Al Shapere.
Deze jongens onderzochten de fundamentele eigenschappen van gewone ruimtelijke kristallen en vroegen waarom soortgelijke objecten niet in de tijdsdimensie konden bestaan.
Een van de basiseigenschappen van ruimtelijke kristallen is dat ze zich vormen wanneer een systeem naar de laagst mogelijke energietoestand zakt. Ze zijn niet het resultaat van het toevoegen van energie aan een systeem, maar van het wegnemen ervan. Alles.
Een andere basiseigenschap is dat wanneer deze objecten hun laagste energieconfiguratie bereiken, hun symmetrie afbreekt. In plaats van in alle richtingen hetzelfde te zijn, zoals de wetten van de fysica, worden deze objecten slechts in een paar richtingen hetzelfde. Het is deze symmetrie-breking en de periodieke structuur die het produceert die kristallen definieert.
Wilczek en Shapere voerden overtuigend aan dat er geen reden is waarom soortgelijke periodieke structuren niet op tijd zouden kunnen bestaan. En ze zeiden dat het vinden ervan natuurkundigen een nieuwe manier zou geven om het proces van symmetriebreking en de wetten van de fysica erachter te bestuderen.
Er was echter alleen één probleem. Deze jongens hadden niet bedacht hoe ze een tijdkristal moesten bouwen.
Dat verandert vandaag met het werk van Tongcang Li aan de University of California, Berkeley en een paar maatjes die zeggen dat ze hebben uitgevonden hoe het moet. Deze jongens zeggen dat ze weten hoe ze een object in zijn laagste energietoestand moeten creëren dat een periodieke structuur vertoont, zowel in ruimte als in tijd - een ruimte-tijdkristal.
Hun idee is opmerkelijk eenvoudig. Hun ruimte-tijdkristal bestaat uit een wolk van berylliumionen gevangen in een cirkelvormig elektromagnetisch veld. De ionen stoten elkaar van nature af en vormen zo spontaan een cirkel. Dat is een soort ruimtelijk ionisch kristal, iets waar natuurkundigen al jaren mee spelen.
Als Wilczek en Shapere echter gelijk hebben, zou deze ring van ionen moeten draaien, zelfs als deze bijna tot het absolute nulpunt is afgekoeld. Zo'n roterende ring is periodiek zowel in de ruimte als in de tijd en wordt zo een ruimte-tijdkristal.
Het idee van een permanent roterende ring kan ongemakkelijke parallellen hebben met een perpetuum mobile. Maar een ruimte-tijdkristal schendt geen enkele natuurkundige wet. Dat komt omdat het in zijn laagste energietoestand bestaat en dus geen werk kan doen - energie kan niet uit dit systeem worden gehaald, ook al is het in beweging.
Dat is meer dan louter nieuwsgierigheid. Een reden waarom ruimte-tijdkristallen interessant zijn, is dat ze door hun periodiciteit in de tijd natuurlijke klokken zijn. Er zouden dus genoeg mensen moeten zijn met meer dan een passage die interessant is om er een te maken.
En dat zou eerder vroeger dan later moeten zijn. Het ruimte-tijdkristal van Tongcang en co zou nu moeten kunnen worden gemaakt met behulp van de modernste ionenvallen. Ze willen niet dat iemand een mars op hen steelt, dus de kans is groot dat Tongcang en co er nu een bouwen. Misschien hebben ze nu een ruimte-tijdkristal in hun lab.
Als dat het geval is, zouden we ergens in de komende dagen en weken de details over het eerste ruimte-tijdkristal moeten lezen.
Referentie: arxiv.org/abs/1206.4772 : Ruimte-tijdkristallen van gevangen tonnen