Styrofoam ve Ses Kullanarak Laboratuvarda Üretilen Zaman Kristali

Bu sistem, klasik zaman kristallerinin olağanüstü temiz bir örneği olmakla kalmayıp, parçacıkların doğrudan ve dengeli kuvvetler yerine dağınık ses dalgaları aracılığıyla etkileşime girdiği makroskobik ölçekte karşılıklı olmayan etkileşimleri incelemek için gerçekten mükemmel bir laboratuvar olabilir.

NYU fizikçisi David Grier, “Zaman kristalleri sadece sunduğu olanaklar nedeniyle değil, aynı zamanda çok egzotik ve karmaşık görünmeleri nedeniyle de büyüleyicidir” diyor.

“Sistemimiz, inanılmaz derecede basit olması nedeniyle dikkat çekicidir.”

İlk kez 2012 yılında öngörülen zaman kristalleri, adlarının ima ettiğinden daha da gariptir. Bu terim bir nesneyi değil, bir tür davranışı tanımlar ve her şeyin desenlerin nasıl tekrarlandığıyla ilgisi vardır.

Kuvars, elmas, tuz ve bir dizi metal gibi kristal nesnelerde atomlar, üç boyutlu uzayda tekrarlanan düzenli bir kafes yapısında düzenlenmiştir, tıpkı bir tırmanma oyuncağındaki çubuklar arasındaki bağlantılar gibi. Desenin herhangi bir parçası, desenin başka herhangi bir parçası üzerine mükemmel bir şekilde üst üste bindirilebilir.

Zaman kristali, zaman içinde tekrarlanan, tıpkı uzamsal bir kristal gibi üst üste bindirilebilecek şekilde tekrarlanan zamansal bir desenle salınan parçacıkların düzenlemesidir. Kritik olarak, bu sürekli salınım zaman simetrisini bozar, harici bir saatin tik takları veya periyodik bir tahrik tarafından ayarlanmadan ve etkileşimin kendisinden ortaya çıkan bir frekansta çalışır.

Birçok deneysel zaman kristali, dolanık durumlarına dayanan kuantum sistemleridir. Grier ve meslektaşları, NYU fizikçileri Mia Morrell ve Leela Elliott, farklı bir fiziksel etkileşim sınıfını araştırırken neredeyse tesadüfen klasik sistemlerini keşfettiler.

Çapı sadece bir veya iki milimetre olan minik polistiren boncuklar, nesnelerin ses dalgaları aracılığıyla dolaylı olarak etkileşim kurma şeklini incelemek için mükemmel araçlardır. Çok hafiftirler, yani ses dalgaları kullanılarak havada asılı kalabilirler, ancak akustik kuvvetler altında sert kalacak kadar yapısal bütünlüğe sahiptirler. Ayrıca boyut ve şekil bakımından hafif farklılıklar gösterirler, bu da karşılıklı olmayan etkileşimleri incelemek için çok önemlidir.

Bilim adamları, bu etkileşimler üzerine sürdürdükleri araştırmaların bir parçası olarak deneyler yaptılar. İlk olarak, küçük bir hoparlör dizisi, yapısı mükemmel dengeli ve ritmi olmayan bir duran ses dalgası üretecek şekilde ayarlandı. Ardından boncuklar yerleştirildi ve ses dalgalarının sekmesine neden olan küçük bir rahatsızlık yaratıldı.

Morrell, “Ses dalgaları parçacıklar üzerinde kuvvet uygular, tıpkı bir göletin yüzeyindeki dalgaların yüzen bir yaprak üzerinde kuvvet uyguladığı gibi” diyor.

“Nesneleri, duran dalga adı verilen bir ses alanına daldırarak yerçekimine karşı havada asılı tutabiliriz.”

İki boncuk, her birinin saçtığı dalgalar aracılığıyla etkileşime girer. Biraz daha büyük olan boncuk, küçük olandan daha büyük bir bozulma yaratır; bu nedenle, küçük boncuğa uyguladığı kuvvet, küçük boncuğun büyük boncuğa uyguladığı kuvvetten daha büyük olur.

Bu, akustik ve optikte yaygın olan, ancak genellikle küçük ve deneysel olarak izole edilmesi zor olan karşılıklı olmayan etkileşimden kastedilen şeydir.

Araştırmacılar, bu fenomeni incelemek için cihazlarını kullanarak, koşullar tam doğru olduğunda, iki boncuk arasındaki etkileşimin, kimse sallamadan, itmeden veya başka bir şekilde ritim vermeden, geçici bir modelde salınım yapmalarına neden olduğunu keşfettiler.

Boncuklar, saatlerce istikrarlı bir tekrarlama düzenini koruyabilir ve geçici bir dalgalanma yerine sağlam ve istikrarlı bir duruma yerleşebilir. Ve sadece iki boncuk mu? Bu, zaman kristali olarak davranma potansiyeline sahip en küçük sistemdir.

Henüz pratik uygulamaları olmayabilir, ancak bu bulgular başka deneysel araştırmaları teşvik edebilir. Örneğin, vücudumuzdaki bazı biyokimyasal sistemler karşılıklı olmayan bir şekilde etkileşime girer. Bu, sirkadiyen ritimlerimizin zaman kristalleri olduğu anlamına gelmez, ancak benzer ilkelerin biyolojide de ortaya çıkıp çıkmayacağı konusunda ilginç sorular ortaya çıkarır.

Ayrıca, fiziksel dünyanın daha egzotik davranışlarını araştırmak için mutlaka pahalı, yüksek teknolojili ekipmanlara ihtiyaç duymadığımızı da gösterir. Bazen, strafor ve belki bir subwoofer ile idare edebilirsiniz.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.