Os físicos criam cristal de tempo 'impossível' ao explodir átomos em balões: Sciencealert

Os cientistas explodiram um monte de átomos como balões para criar uma versão extrema de um estado de matéria “impossível”.

Ao explodir os átomos de rubidium com lasers, os físicos os animaram Estado de Rydberg em um experimento que resulta no estado exótico de matéria conhecido como cristal do tempo.

A equipe diz que isso abre uma nova maneira de explorar as propriedades dos cristais do tempo, bem como fenômenos, como flutuações quânticas, correlação e sincronização – um fator importante na criação de computadores quânticos.

Descrito primeiro por nós físicos teóricos Frank Wilczek em 2012os cristais do tempo são movimentos de partículas que se repetem em uma dimensão temporal, semelhante a como cristais como diamante e quartzo são padrões de partículas que se repetem no espaço.

Enquanto a teoria original descreveu padrões repetindo de maneira 'perpétua', versões 'temporárias' foram realizadas experimentalmente e observadas de diferentes maneiras por diferentes equipes de físicos. Nestes, os padrões oscilantes distintos de qualquer ritmos externos impostos ao cristal podem ser medidos.

Esse novo tipo de cristal de tempo foi gerado a partir de um gás de temperatura ambiente de átomos de rubídio confinados em um recipiente de vidro.

Uma equipe de físicos liderados por Xiaoling Wu, Zhuqing Wang e Fan Yang na Universidade de Tsinghua, na China, usou luz a laser para excitar o átomo aos estados de Rydberg. É quando a energia é adicionada ao átomo de tal maneira que os elétrons mais externos descrevam órbitas maiores ao redor do núcleo, folhando essencialmente o átomo para até centenas de vezes seu raio normal.

Isso ainda é bem pequeno do nosso ponto de vista, mas tem um efeito interessante na maneira como os átomos interagem quando estão todos agrupados em uma caixa de vidro.

“Se os átomos em nosso recipiente de vidro forem preparados em tais estados de Rydberg e seu diâmetro se tornará enorme, as forças entre esses átomos também se tornam muito grandes”. explica o físico Thomas Pohl da Universidade de Tecnologia de Viena.

“E isso, por sua vez, muda a maneira como eles interagem com o laser. Se você escolher a luz do laser de tal maneira que pode excitar dois estados diferentes de Rydberg em cada átomo ao mesmo tempo, é gerado um loop de feedback que causa oscilações espontâneas entre Os dois estados atômicos.

Então, quando a equipe excitou seu gás rubídio com luz a laser, algo emocionante aconteceu. Embora o laser tivesse uma intensidade constante, quando mediram a luz na extremidade mais distante do recipiente, eles viram sinais de oscilação atômica enquanto os átomos marcavam de um lado para o outro entre um estado excitado para um estado menos excitado.

Essas oscilações surgiram organicamente, atendendo assim à definição de um cristal do tempo.

“Este é realmente um experimento estático no qual nenhum ritmo específico é imposto ao sistema”. Pohl diz. “As interações entre luz e átomos são sempre as mesmas, o feixe de laser tem uma intensidade constante. Mas, surpreendentemente, acabou que a intensidade que chega ao outro extremo da célula de vidro começa a oscilar em padrões altamente regulares”.

Isso possui aplicações em potencial em tecnologia que requer oscilações altamente regulares e auto-sustentadas. A metrologia, por exemplo – a ciência da medição – poderia usar esse sistema. E processamento de informações quânticas Baseado em átomos de Rydberg Seria uma ferramenta poderosa para a computação de aplicativos.

“Criamos um novo sistema aqui que fornece uma plataforma poderosa para aprofundar nossa compreensão do fenômeno do tempo de cristal de uma maneira que chega muito perto da ideia original de Frank Wilczek”. Pohl diz.

A pesquisa foi publicada em Nature Physics.