Yayınlanan yeni bir çalışmada Doğa Fiziğiaraştırmacılar, uzun menzilli zamansal düzenin kısa süreli düzensizlikle bir arada var olduğu maddenin yeni bir aşaması olan bir zaman rondeau kristalinin ilk deneysel gözlemini gerçekleştirdiler.
Adını tekrar eden bir temanın zıt varyasyonlarla dönüşümlü olarak yer aldığı klasik müzik formundan alan (Mozart’ın Rondo alla Turca’sı gibi) zaman rondeau kristali, belirli ölçüm zamanlarında mükemmel periyodik davranış sergilerken, bu aralıklar arasında kontrol edilebilir rastgele dalgalanmalar gösterir.
Üçüncü sınıf Uygulamalı Bilim ve Teknoloji Doktora öğrencisi Leo Moon, “Bu araştırmanın motivasyonu, sanat ve doğa arasında düzen ve çeşitliliğin bir arada var olmasından kaynaklanıyor” dedi. UC Berkeley öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı. “Tekrarlayan periyodik desenler, basitlikleri nedeniyle erken sanat formlarında doğal olarak ortaya çıkarken, daha gelişmiş müzik ve şiir, monoton bir arka plan üzerinde karmaşık varyasyonlar oluşturur.”
Analoji estetiğin ve sanatın ötesine uzanıyor. Buz gibi tanıdık maddeler bile bu ikiliği sergiliyor; oksijen atomları kristal bir kafes oluştururken, hidrojen çekirdekleri rastgele düzenlenmiş halde kalıyor. Benzer şekilde, son on yılda keşfedilen zaman kristalleri, uzun ömürlü periyodik salınımlar sergileyerek zaman-ötesi simetrisini bozuyor.
Ancak şimdiye kadar periyodik olmayan zamansal düzen araştırmaları yarı kristaller gibi deterministik desenlere odaklanmıştı. Rondeau kristali, stroboskopik düzeni kontrol edilebilir rastgele düzensizlikle birleştiren ilk kristaldir.
Maddenin yeni bir evresini yaratmak
Araştırmacılar, kuantum simülatörü olarak elmastaki karbon-13 nükleer spinlerini kullandılar. Sistem, uzun menzilli dipol-dipol eşleşmeleri yoluyla etkileşime giren, oda sıcaklığında rastgele konumlandırılmış nükleer dönüşlerden oluşuyordu.
Araştırmacılar, bir nitrojen atomunun boş bir kafes bölgesine bitişik olarak oturduğu elmastaki kusurlar olan nitrojen-boşluk (NV) merkezlerini güçlendiren bir teknik kullanarak karbon-13 nükleer spinlerini hiperpolarize ederek işe başladılar.
Bir lazerle aydınlatıldığında, bu NV merkezleri spin-polarize hale gelir ve bu polarizasyon, mikrodalga darbeleri yoluyla çevredeki nükleer spinlere aktarılabilir. Bu 60 saniyelik süreç, nükleer spin polarizasyonunu termal denge değerinin yaklaşık 1000 kat üstüne çıkararak uzun süreler boyunca izlenebilecek güçlü bir sinyal yarattı.
Bunu takiben, koruyucu “döndürme kilitleme” darbelerini stratejik olarak zamanlanmış polarizasyon-döndürme darbeleriyle birleştiren karmaşık mikrodalga darbe dizileri uygulandı. Bu yapılandırılmış ancak kısmen rastgele sürüş düzeni, rondeau düzenini yarattı.
Araştırmacılar, kapsamlı dizi hafızasına sahip rastgele bir dalga biçimi üreteci kullanan yeni bir kontrol sistemi kullandılar. Bu, sistemin tek bir çalıştırmada 720’den fazla farklı darbeyi yürütebileceği anlamına geliyordu; bu, kristalde rondeau düzeni oluşturan yapılandırılmış ancak periyodik olmayan sürücülerin oluşturulması için gerekliydi.
Moon, “Karbon-13 nükleer spinlerine sahip elmas kafes, bu egzotik zamansal aşamaları keşfetmek için ideal bir ortamdır çünkü doğal olarak stabiliteyi, güçlü etkileşimleri ve kolay okumayı birleştirir” diye açıkladı. “Elmas inanılmaz derecede kararlı; kimyasal olarak reaksiyona girmiyor, sıcaklık değişimlerine karşı duyarsız ve dönüşleri dış gürültüden iyi koruyor.”
Araştırmacılar rastgele çok kutuplu sürücüler veya RMD dedikleri şeyi kullandılar. Bunlar rastgeleliğin sistematik olarak kontrol edilebildiği yapılandırılmış dizilerdir.
Sürüş çevrimi sırasında düzenli aralıklarla, nükleer dönüşler, polarizasyonlarını deterministik olarak çevirerek, zaman kristallerinin periyodik davranış özelliğini sergiledi. Ancak bu düzenli ölçümlerin ortasında, kutuplaşma rastgele bir şekilde dalgalanıyordu ve tahmin edilebilir bir model göstermiyordu. Öngörülebilir uzun vadeli düzen ile rastgele kısa süreli dalgalanmaların bu bir arada bulunması, rondeau düzeninin ayırt edici özelliğidir.
Sigara içilen silah
Ekip, bu rondeau düzeninin 170’den fazla periyotta, dört saniyeden fazla bir süre boyunca kendini koruduğunu gözlemledi.
Dinamiklerin ayrık Fourier dönüşümü yeni aşama için kanıt sağladı. Frekans spektrumunda tek bir keskin tepe noktası gösteren geleneksel ayrık zaman kristallerinin aksine, zaman rondeau kristali tüm frekanslarda düzgün, sürekli bir dağılım sergiledi.
Bu “dumanı tüten silah” imzası, zamansal düzen ile düzensizliğin bir arada varlığını doğruladı.
Moon, “Rondeau düzeni, düzen ve düzensizliğin karşıt olmak zorunda olmadığını gösteriyor; aslında istikrarlı, güdümlü bir kuantum sisteminde bir arada var olabilirler” dedi.
Araştırmacılar sistemin davranışı üzerinde kontrol sahibi oldular. Sürücü parametrelerinin değiştirilmesi, rondeau sıra kararlılığının kapsamlı bir faz diyagramının haritasını çıkarmalarına olanak sağladı. Kullanım ömrü, sürüş periyodu ve darbe kusurları ayarlanarak ayarlanabilir. Isıtma oranları, tahmin edilen ikinci dereceden ve doğrusal ölçeklendirme yasalarını takip etti.
Manzarayı genişletmek
Ekip ayrıca bilginin zamansal bozuklukta da kodlanabileceğini gösterdi.
Belirli itici darbe dizileri tasarlayarak, makalenin başlığı olan “Bir zaman rondeau kristalinin deneysel gözlemi. Uzay-zamansal Düzende Zamansal Düzensizlik” başlığını nükleer dönüşlerin mikrohareket dinamiklerine kodladılar ve 190’dan fazla karakter depoladılar.
Başka bir deyişle, bilgi uzayda değil, zamanda depolanır ve her döngü sırasında belirli anlarda dönüşlerin yukarı mı yoksa aşağı mı işaret ettiğine göre kodlanır.
Moon, “Henüz anında ve basit bir uygulama yok, ancak periyodik olmayan bir sürücüdeki düzensizliğin, uzun süreli düzeni korurken aslında bilgi depolayabildiği fikrinin kendisi büyüleyici” dedi. “Bu biraz su ve buz arasındaki analojiye benziyor: buz düzenli oksijen konumlarına sahip ancak düzensiz hidrojen bağları var ve bu yerel rastgelelik yapısal bilgi taşıyor.”
Araştırmacılar, bozukluğun ayarlanabilirliğinin, bu platformu, belirli frekans aralıklarına seçici olarak duyarlı kuantum sensörleri tasarlamak için çekici hale getirebileceğini öne sürüyor.
Çalışma, denge dışı zamansal düzenin gözlenen manzarasını geleneksel zaman kristallerinin ötesine genişletiyor. Ekip aynı deneysel platformu kullanarak, Thue-Morse dizisi ve Fibonacci dizisi de dahil olmak üzere deterministik periyodik olmayan sürücülerle ilgili fenomenleri gösterdi ve deneysel olarak rondeau düzeninin yanı sıra zaman periyodik olmayan kristallerini ve zaman yarı kristallerini gerçekleştirdi.
Moon, ileriye dönük olarak ekibin, hidrojen-1 nükleer dönüşlerinin gelişmiş hassasiyet sunduğu pentasen katkılı moleküler kristaller de dahil olmak üzere elmasın ötesinde alternatif malzeme platformlarını araştırdığını belirtti.
Moon, “Daha uygulamalı bir açıdan bakıldığında, bu tür sistemlerde ayarlanabilir düzensizliğin kullanılması, zamansal alandaki kararlılıktan yararlanan pratik kuantum sensörlerinin veya hafıza cihazlarının önünü açabilir” dedi.
Sizin için yazarımız Tejasri Gururaj tarafından yazılan, editörlüğü Lisa Lock tarafından yapılan ve Robert Egan tarafından doğruluğu kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
