Natuurkundigen van Yale hebben hints ontdekt van een tijdkristal - een vorm van materie die "tikt" wanneer ze worden blootgesteld aan een elektromagnetische puls - op de laatste plaats die ze verwachtten:een kristal dat je misschien in kinderspeelgoed aantreft.

De ontdekking betekent dat er nu nieuwe puzzels zijn om op te lossen, in termen van hoe tijdkristallen zich in de eerste plaats vormen.

Gewone kristallen zoals zout of kwarts zijn voorbeelden van driedimensionale, geordende ruimtelijke kristallen. Hun atomen zijn gerangschikt in een herhalend systeem, iets wat wetenschappers al een eeuw weten.

Tijd kristallen, voor het eerst geïdentificeerd in 2016, zijn verschillend. Hun atomen draaien periodiek, eerst in de ene richting en dan in de andere, omdat een pulserende kracht wordt gebruikt om ze om te draaien. Dat is het "tikken". In aanvulling, het tikken in een tijdkristal is vergrendeld op een bepaalde frequentie, zelfs als de pulse flips niet perfect zijn.

Wetenschappers zeggen dat het begrijpen van tijdkristallen kan leiden tot verbeteringen in atoomklokken, gyroscopen, en magnetometers, evenals hulp bij het bouwen van potentiële kwantumtechnologieën. Het Amerikaanse ministerie van Defensie heeft onlangs een programma aangekondigd om meer onderzoek naar tijdkristalsystemen te financieren.

Yale's nieuwe bevindingen worden beschreven in een paar studies, een in Fysieke beoordelingsbrieven en de andere in Fysieke beoordeling B . De studies vertegenwoordigen het tweede bekende experiment dat een veelbetekenende handtekening voor een discreet tijdkristal (DTC) in een vaste stof observeert. Eerdere experimenten leidden het afgelopen jaar tot een golf van media-aandacht.

"We hebben besloten om zelf naar de DTC-handtekening te zoeken, " zei Yale natuurkunde professor Sean Barrett, hoofdonderzoeker van de twee nieuwe onderzoeken. "Mijn student Jared Rovny had kristallen van monoammoniumfosfaat (MAP) gekweekt voor een heel ander experiment, dus we hadden er toevallig een in ons lab."

MAP-kristallen worden als zo gemakkelijk te kweken beschouwd dat ze soms worden opgenomen in kristalkweeksets voor jongeren. Het zou ongebruikelijk zijn om een ​​tijdkristalhandtekening te vinden in een MAP-kristal, Barrett legde uit, omdat men dacht dat tijdkristallen zich vormden in kristallen met meer interne 'wanorde'.

De onderzoekers gebruikten nucleaire magnetische resonantie (NMR) om naar een DTC-signatuur te zoeken - en vonden het snel. "Onze kristalmetingen zagen er meteen heel opvallend uit, "Zei Barrett. "Ons werk suggereert dat de handtekening van een DTC kan worden gevonden, in principe, door in een kristalgroeiset voor kinderen te kijken."

Er gebeurde nog iets onverwachts, ook. "We realiseerden ons dat alleen het vinden van de DTC-signatuur niet noodzakelijkerwijs aantoonde dat het systeem een ​​kwantumgeheugen had van hoe het tot stand kwam, " zei Yale afgestudeerde student Robert Blum, een co-auteur van de studies. "Dit spoorde ons aan om een ​​tijdkristal 'echo te proberen, ' die de verborgen samenhang onthulde, of kwantumorde, binnen het systeem, " voegde Rovny toe, ook een afgestudeerde student van Yale en hoofdauteur van de studies.

Barrett merkte op dat de resultaten van zijn team, gecombineerd met eerdere experimenten, "presenteer een puzzel" voor theoretici die proberen te begrijpen hoe tijdkristallen ontstaan.

"Het is te vroeg om te zeggen wat de resolutie zal zijn voor de huidige theorie van discrete tijdkristallen, maar mensen zullen in ieder geval de komende jaren met deze vraag bezig zijn, ' zei Barrett.