Krystaly se vyznačují opakující se strukturou atomů. V běžném krystalu se atomy opakují napříč prostorem a tvoří mřížovou strukturu. V roce 2012 byla, profesorem MIT a laureátem Nobelovy ceny Frankem Wilczekem, předpovězena existence tzv. časových krystalů, jejichž atomy se neopakují v prostoru, ale v čase. To znamená, že se jejich atomové spiny otáčejí tam a zpět v „tikajícím“ pohybu, ale pouze na určité frekvenci.

Na časových krystalech je velmi zajímavý fakt, že tento pohyb jsou schopny začít i bez působení nějaké vnější síly. Vědci toto většinou vysvětlují pomocí přirovnání krystalů k misce s želé. V normálním případě, když ťuknete do misky, želé se začne pohupovat a po několika vteřinách pohyb ustane. V případě časových krystalů by se ale želé samo od sebe znovu dalo do pohybu, poté přestalo, poté se zase rozpohybovalo a takto by to šlo až do nekonečna.

Existence těchto krystalů byla experimentálně potvrzena v roce 2016 vědci z americké Univerzity Yale. K překvapení všech tehdejších výzkumníků byly stopy časových krystalů nalezeny v látce MAP (dihydrogenfosforečnanu amonném). Tato látka je totiž také součástí dětských sad, ve kterých si mohou děti krystaly samy vyrobit.

Nyní se vědcům podařil další významný objev upřesňující chování těchto látek. Pomocí supratekuté formy helia -3 měli možnost poprvé pozorovat interakci dvou časových krystalů. Výzkumný tým ochladil helium na teplotu blížící se k absolutní nule, tj. -273,15°C, poté vytvořil dva krystaly a pozoroval jejich vzájemný dotyk. Výsledkem bylo, že si jednotlivé krystaly vyměňovaly částice a to vedlo jejich pohyb do vzniku střídavého vzorce. Tento jev se označuje jako Josephsonův efekt.

Rotační ochlazovač, umožňující dosažení teploty blízké absolutní nule, zdroj: New Atlas
„Kontrolovaná interakce dvou časových krystalů je velkým úspěchem a také hlavní prioritou všech vědců, kteří hledají pro časové krystaly praktické využití,“ říká Samuli Autti, hlavní autor studie.

Velký potenciál časových krystalů vědci vidí v jejich užití při vývoji kvantových procesorů, atomových hodin a tím pádem také systému GPS.

Originální publikace: https://www.nature.com/articles/s41563-020-0780-y

Zdroj: New Atlas, zdroj titulní fotografie: Pixabay, Pexels