أول إدراك تجريبي لبلورة زمنية مشتتة

البلورة الزمنية هي مرحلة فريدة وغريبة للمادة التي تنبأ بها الفيزيائي الأمريكي فرانك ويلكزيك لأول مرة في عام 2012. البلورات الزمنية هي نظائر زمنية للبلورات المكانية التقليدية ، حيث يعتمد كلاهما على هياكل تتميز بأنماط متكررة.

بدلاً من تشكيل أنماط متكررة في فضاء ثلاثي الأبعاد ، كما تفعل بلورات الفضاء ، تتميز البلورات الزمنية بالتغيرات التي تحدث بمرور الوقت في نمط محدد. في حين أن بعض فرق البحث تمكنت من تحقيق هذه المراحل الغريبة للمادة ، إلا أن هذه الإنجازات لم تتحقق حتى الآن إلا باستخدام أنظمة مغلقة. أثار هذا السؤال حول ما إذا كان من الممكن أيضًا تحقيق البلورات الزمنية في أنظمة مفتوحة ، في وجود التبديد وفك الترابط.

صنع باحثون في معهد فيزياء الليزر بجامعة هامبورغ مؤخرًا بلورة زمنية في نظام كمي مفتوح لأول مرة. تم نشر مقالهم في خطابات الفحص البدني، يمكن أن يكون لها آثار مهمة على دراسة الأطوار الغريبة للمادة في الأنظمة الكمومية.

قال هانز كيسلر ، أحد الباحثين الذين قادوا الدراسة ، في موقع Phys.org: “الهدف الرئيسي لبحثنا هو دراسة المراحل الديناميكية للمادة المعروفة بكيفية تغير خصائصها بمرور الوقت بطريقة منظمة”. “أثناء دراستي للدكتوراه ، قمت أنا وزملائي بدراسة الانتقال الطوري لـ BEC متجانس إلى مرحلة ذاتي الإشعاع الفائق ودرسنا كيفية تفاعل النظام أثناء إخماد حالة مستقرة. إلى مرحلة أخرى.”

نظرًا لعدم وجود حالة فيزيائية مستقرة بطبيعتها ، كانت الخطوة التالية في البحث السابق الذي أجراه كيسلر وزملاؤه هي دراسة المراحل الديناميكية للمادة. إنها في الأساس انتقالات تغير من خلالها المواد خصائصها بمرور الوقت.

كان الهدف الرئيسي من الدراسة الأخيرة للباحثين هو تحقيق بلورة زمنية تبديدية في المختبر. للقيام بذلك ، استخدموا نظامًا كميًا متعدد الأجسام مقترنًا بقوة بنطاق ضيق. التجويف البصري.

“كان من الأهمية بمكان بالنسبة لتجاربنا أن يتطور مجال الضوء داخل الرنان وكثافة النظام متعدد الأجسام على نفس القاعدة ، والتي يتم الحصول عليها من خلال عرض النطاق الترددي للتجويف والتردد المقابل للارتداد الضوئي الفردي ، على التوالي. أوضح كيسلر. “هذا الوضع فريد من نوعه في نظام التجويف الذري لدينا ويفتح إمكانية دراسة المراحل الديناميكية للمادة.”

نظرًا لأن الأنظمة الفيزيائية الحقيقية لا يتم عزلها تمامًا عن محيطها ، فهي عرضة للتبدد (أي فقدان الطاقة أو إهدارها). هذا يجعل من الصعب ، إن لم يكن من المستحيل ، تحقيق أنظمة كمومية مغلقة حقًا لفترات زمنية عشوائية. هذا ما ألهم كيسلر وزملاؤه في النهاية لمحاولة تحقيق بلورة زمنية في نظام كمي مفتوح.

قال كيسلر: “حتى الآن ، كانت البلورات الزمنية التي تم إثباتها في مجموعات مختلفة تتطلب عزلًا دقيقًا عن البيئة ، حيث أن التبديد له تأثير غير مرغوب فيه على” ذوبان “هذه البلورات الزمنية”. “إن خصوصية بلورة الوقت في تكوين تجويف الذرة الخاص بنا تكمن في دورها الإيجابي في منع التبديد ، حيث تساعد في استقرار ديناميكيات النظام. وبالتالي فإن إظهار ترتيب البلورات بمرور الوقت في نظام مفتوح هو أهم إنجاز لدينا دراسة. “

تقدم الدراسة الأخيرة التي أجراها هذا الفريق من الباحثين دليلًا قويًا على أن بلورة الوقت المنفصل يمكن أن توجد في نظام تجويف ذري مفتوح ومحاور. يحاول Keßler وزملاؤه الآن صنع بلورة مستمرة الوقت باستخدام نفس نظام تجويف الذرة الذي استخدموه في عملهم الأخير.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين بلورة الوقت التبديدية المستمرة وبلورة الوقت التبديدية المنفصلة المصنوعة كجزء من دراستهم الأخيرة في أن السابق يتأرجح حتى في غياب تدريب الوقت. نتيجة لهذا التذبذب ، فإن البلورة الجديدة التي يدرسونها تكسر تلقائيًا تناسقًا انتقاليًا مؤقتًا مستمرًا.

وأضاف كيسلر: “كما اقترحنا للسيناريو الموصوف في مقالنا الأخير ، سوف ينتقل نظام تجويف الذرة لدينا إلى حالة من المادة تتميز بتذبذبات دورية عند بعض الترددات الجوهرية”. “يجب أن تأخذ المرحلة النسبية للتذبذبات في بلورة زمنية كهذه أي قيمة تتراوح بين 0 و 2 نقطة في البوصة. وهذا يختلف كثيرًا عن التذبذب المنفصل بلورات الوقت، حيث يمكن أن تكون المرحلة النسبية 0 أو pi فقط. بطريقة ما ، تكون بلورة الوقت المستمر أقرب إلى البلورة الصلبة من حيث أنهما يكسران التناظر المستمر.

© 2021 Science X Network