Tijdkristallen zijn een nieuwe toestand van materie die de wetten van de thermodynamica overtreden en tijdomkeersymmetrie vertonen. Ze werden voor het eerst getheoretiseerd in 2012 door Frank Wilczek, een Nobelprijswinnend natuurkundige aan het MIT, en zijn sindsdien het onderwerp geweest van intensief onderzoek. In 2017 creëerde een team van wetenschappers van de Universiteit van Maryland, onder leiding van Christopher Monroe, het allereerste tijdkristal in een laboratoriumomgeving.

Tijdkristallen worden gemaakt door een wolk atomen snel in een magnetisch veld te laten draaien. Hierdoor ontstaat een toestand van materie waarin de atomen voortdurend in dezelfde richting draaien, maar de algehele energie van het systeem verandert niet. Dit is in strijd met de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat de entropie van een gesloten systeem in de loop van de tijd altijd moet toenemen.

Tijdkristallen bevinden zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium, maar ze hebben het potentieel om ons begrip van de natuurkunde radicaal te veranderen. Ze kunnen leiden tot nieuwe technologieën zoals kwantumcomputers en ultraprecieze klokken.

Hier is een meer gedetailleerde uitleg van hoe tijdkristallen werden gemaakt in een laboratoriumomgeving:

1. De wetenschappers begonnen met een wolk van ongeveer 10.000 ytterbiumatomen.

2. Vervolgens gebruikten ze een laser om de atomen af ​​te koelen tot bijna het absolute nulpunt.

3. Vervolgens legden ze een magnetisch veld op de atomen aan.

4. Vervolgens gebruikten ze een tweede laser om de atomen in het magnetische veld snel te laten roteren.

5. Hierdoor ontstond een toestand van materie waarin de atomen voortdurend in dezelfde richting draaiden, maar de algehele energie van het systeem veranderde niet.

6. Vervolgens maten de wetenschappers de eigenschappen van het tijdkristal met behulp van verschillende technieken.

De wetenschappers konden aantonen dat het tijdkristal tijdomkeersymmetrie vertoonde. Dit betekent dat het tijdkristal kan worden omgedraaid in de tijd en dat het zich nog steeds op dezelfde manier zal gedragen. Dit is in strijd met de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat de entropie van een gesloten systeem in de loop van de tijd altijd moet toenemen.

Het creëren van tijdkristallen in een laboratoriumomgeving is een grote doorbraak in de natuurkunde. Het heeft het potentieel om ons begrip van de natuurkunde radicaal te veranderen en te leiden tot nieuwe technologieën zoals kwantumcomputers en ultraprecieze klokken.