Bilim dünyası, hem düzen hem de kaosun ritmini taşıyan yeni bir zaman kristali keşfiyle çalkalanıyor. Bu keşif, maddenin zamanı tutma biçimine dair yepyeni bir bakış açısı sunuyor.
Yapılan yeni deneylerde, zaman rondo kristali olarak adlandırılan ve zamanda tekrar eden ancak tam olarak aynı şekilde olmayan bu kristal yapısı gözler önüne serildi. Kısa vadede kaotik görünen bu yapı, daha uzun zaman dilimlerinde ise belirgin bir düzen sergiliyor.
Araştırmayı yürüten ve aralarında California Üniversitesi'nden Leo Joon Il Moon ile Almanya'daki Max Planck Karmaşık Sistemler Fiziği Enstitüsü'nden Paul Schindler'ın bulunduğu bir grup fizikçi, "Bu çalışmada, periyodik olmayan ancak yapılandırılmış tetikleyicilerden kaynaklanan yeni zaman düzeni türlerinin varlığını ortaya koyuyoruz," diyor. "Deneylerimiz, tetikleyicinin periyodikliğinin bozulmasının, yeni ve egzotik kısmi zaman düzeni biçimlerine yol açabileceğini gösteriyor."
Daha önce 2012 yılında teorik fizikçi Frank Wilczek tarafından öngörülen ve 2016'da ilk kez gözlemlenen zaman kristalleri, bilinen katı maddelerin atomik yapısına ek bir karmaşıklık katıyor.
Elmas, kuvars ve tuz gibi kristal malzemeler, atomlarının diziliminin tekrar ettiği üç boyutlu atomik kafeslerden oluşur. Bu kafeslerin herhangi bir bölümü, mükemmel bir şekilde üst üste getirildiğinde diğerleriyle eşleşir.
Zaman kristali ise, parçacıkların dış bir itmenin zamanlamasıyla belirlenmeyen dizilerde hareket ettiği, beklenen akışın dışına çıktığı bir yapıyı tanımlar. Parçacıklar, tıpkı bir kristalin uzaysal atom dizilimi gibi üst üste getirilebilen tekrar eden bir zamanlama deseninde, en düşük enerji durumlarında salınırlar.
Zaman quasi-kristali ise, atomların salınımlarının yapılandırılmış olduğu ancak hiçbir zaman tam olarak tekrarlamadığı bir durumdur; bu durum, sonsuz bir şekilde tekrar etmeyen ancak yine de bir dizi kurala uyan Penrose karolamaları gibi matematiksel desenlere benzetilebilir.
Moon ve meslektaşlarına göre, zaman rondo kristali bu iki yapının özelliklerini birleştiren, hem düzeni hem de düzensizliği sergileyen, tekrarlayan ve tekrarlamayan bir yapı olarak karşımıza çıkıyor. Bu durum, klasik müzikte bilinen rondo formunu anımsatıyor.
Araştırmacılar, bu yeni zaman kristalini bir elmastaki atom ölçekli boşluklardan yararlanarak oluşturdular. Bu boşluklar, bir atomun bulunması gereken yerde bulunmadığı kafes bölgeleridir. Bu yapı, bir azot-boşluk merkezi olarak bilinir ve boşluğun yanında bir azot atomu bulunur.
Lazerler kullanarak azot-boşluk merkezlerini uyaran araştırmacılar, elmasın karbondan elde edilen izotopu olan ¹³C'nin nükleer spinlerini süper polarize ettiler. Ardından, programlanabilir bir rastgele dalga formu üreteci (arbitrary waveform generator) kullanarak, spinleri periyodikten rastgeleye değişen hassas zamanlanmış darbe dizilerine tabi tuttular.
Ekip, yüzlerce sözde tetikleme döngüsünü veya lazer darbesini dikkatle izleyerek, zaman kristallerinin bazen bozulmadan önce 4 saniyeden uzun süre salındığını gözlemledi.
Ancak bu kısa süre zarfında araştırmacılar, her bir tetikleme döngüsü içinde bir düzensizlik bulunmasına rağmen, zaman kristalinin genel durumunun her döngünün başlangıcında kendini tekrar ettiğini gözlemlediler. Her tetikleme döngüsünde yalnızca bir kez incelendiğinde, sistem bir dönen tekerlek üzerindeki tekrar eden deseni yakalayabilen mükemmel zamanlanmış bir stroboskopik ışık gibi, kusursuz bir düzen gösterdi.
Ardından, araştırmacılar deneylerini bir üst seviyeye taşıdılar. Kontrol edilebilirliği göstermek için, ekip ASCII standardını kullanarak metni doğrudan darbelerin zamanlamasına kodladı: "Zaman rondo kristalinin deneysel gözlemi. Uzay-zamansal düzende zamansal düzensizlik."
Şu an için bu keşfin pratik bir kullanımı olmasa da, gelecekteki potansiyel uygulamalara işaret ediyor.
Araştırmacılar, "Deneylerimiz, uzun menzilli zamansal düzen ile kısa zaman ölçeklerindeki mikromosyon düzensizliğinin uzun ömürlü kararlı bir arada var olmasını göstererek, zamansal düzeni incelemek için umut verici yeni bir yol açıyor" diye yazıyor.
Bu araştırma, Nature Physics dergisinde yayımlandı.
