أول إدراك تجريبي لبلورة زمنية مشتتة

بلورة الزمن هي مرحلة فريدة وغريبة للمادة التي تنبأ بها الفيزيائي الأمريكي فرانك ويلكزيك لأول مرة في عام 2012. بلورات الوقت هي نظائر زمنية لبلورات فضائية تقليدية ، حيث يعتمد كلاهما على هياكل تتميز بأنماط متكررة.

بدلاً من تشكيل أنماط متكررة عبر مساحة ثلاثية الأبعاد ، كما تفعل بلورات الفضاء ، تتميز بلورات الوقت بالتغيرات التي تحدث بمرور الوقت في نمط محدد. بينما تمكنت بعض فرق البحث من إدراك هذه المراحل الغريبة للمادة ، إلا أن هذه الإدراكات لم تتحقق حتى الآن إلا باستخدام أنظمة مغلقة. أثار هذا السؤال حول ما إذا كان يمكن تحقيق بلورات الوقت أيضًا في الأنظمة المفتوحة ، في وجود التبديد وفك الترابط.

اكتشف باحثون في معهد فيزياء الليزر بجامعة هامبورغ مؤخرًا بلورة زمنية في نظام كمي مفتوح لأول مرة. تم نشر ورقتهم في رسائل المراجعة البدنية، يمكن أن يكون لها آثار مهمة على دراسة الأطوار الغريبة للمادة في الأنظمة الكمومية.

قال هانز كيسلر ، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة ، لموقع Phys.org: “الهدف الأساسي لبحثنا هو التحقيق في المراحل الديناميكية للمادة المعروفة بكيفية تغير خصائصها بمرور الوقت بطريقة منظمة”. “خلال دراسات الدكتوراه الخاصة بي ، قمت أنا وزملائي بالتحقيق في انتقال الطور من BEC متجانس إلى مرحلة ذاتي الإشعاع الفائق ، وكنا ندرس كيف يتفاعل النظام على إخماد من حالة ثابتة إلى أخرى.”

نظرًا لعدم وجود حالة فيزيائية ثابتة بطبيعتها ، كانت الخطوة التالية للبحث السابق الذي أجراه كيسلر وزملاؤه هي التحقيق في المراحل الديناميكية للمادة. هذه في الأساس انتقالات تغير من خلالها المواد خصائصها بمرور الوقت.

كان الهدف الرئيسي من الدراسة الأخيرة للباحثين هو تحقيق بلورة زمنية مشتتة في بيئة معملية. 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 نظام الجسم المتعدد على قدم المساواة ، وهو ما يُعطى من خلال عرض نطاق التجويف والتردد المقابل للارتداد الفوتوني 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 أو المستحيل تحقيق أنظمة كمومية مغلقة حقًا لفترات زمنية عشوائية. هذا هو ما ألهم كيسلر وزملاؤه في النهاية لمحاولة تحقيق بلورة زمنية في نظام كمي مفتوح بدلاً من ذلك.

قال كيسلر: “حتى الآن ، تطلبت بلورات الوقت التي تم عرضها في مجموعات مختلفة عزلًا دقيقًا عن البيئة ، حيث أن التبديد له تأثير غير مرغوب فيه” لإذابة “بلورات الوقت”. “إن الشيء الفريد في بلورة الوقت في إعداد تجويف الذرة لدينا هو دورها الإيجابي في منع التبديد ، لأنها تساعد على استقرار ديناميكيات النظام. وبالتالي فإن إظهار الترتيب البلوري الزمني في نظام مفتوح هو أهم إنجاز لدراستنا . “

تقدم الدراسة الأخيرة التي أجراها فريق الباحثين هذا دليلًا قويًا على أن بلورة زمنية منفصلة يمكن أن توجد في نظام تجويف ذري مدفوع ومفتوح. يحاول Keßler وزملاؤه الآن إدراك بلورة زمنية متصلة باستخدام نفس نظام تجويف الذرة الذي استخدموه في عملهم الأخير.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين بلورة الوقت التبديدية المستمرة وبلورة الوقت المشتتة المنفصلة التي تم تحقيقها كجزء من دراستهم الأخيرة في أن الأول يتأرجح حتى في حالة عدم وجود محرك زمني دوري. نتيجة لهذا التذبذب ، فإن البلورة الجديدة التي يبحثون عنها تقطع تلقائيًا تناسقًا مستمرًا في الترجمة الزمنية.

وأضاف كيسلر: “كما اقترحنا للسيناريو الموضح في ورقتنا الأخيرة ، سيتحول نظام تجويف الذرة لدينا إلى حالة من المادة تتميز بتذبذبات دورية عند بعض الترددات الجوهرية”. “يُتوقع أن تأخذ المرحلة النسبية للتذبذبات في بلورة زمنية كهذه أي قيم بين 0 و 2 نقطة في البوصة. وهذا يختلف تمامًا عن التذبذب المنفصل بلورات الوقت، حيث يمكن أن تكون المرحلة النسبية إما 0 أو pi. بطريقة ما ، تكون بلورة الوقت المستمر أقرب إلى البلورة الصلبة من حيث أنهما يكسران التناظر المستمر.

© 2021 Science X Network