Annons
Klockvisare mot bakgrund av blixtar och kvadrater.
Bild: 
Istockphoto, Bestdesigns

Kristaller av tid

Fysikens grundläggande lagar är kopplade till symmetrier och fenomen som bryter symmetrierna. Nu får symmetribrotten en ny dimension att spela med. Nyckeln har fått det vackra namnet tidskristall.

Författare: 

Publicerad:

2017-03-10

En kristall är ett material som upprepar sig enligt ett regelbundet mönster. Atomerna sitter ordnade i rader och plan. Det ser välordnat ut, men kristallen är faktiskt mindre symmetrisk än ett helt oordnat material. Mönstret breder ut sig längs bestämda riktningar, och upprepas på vissa regelbundna avstånd. En gas eller vätska, där smådelarna är blandade huller om buller, ser däremot likadan ut från alla håll och på varje punkt i materialet, och är därför helt symmetrisk.

I fysiken är tiden också en dimension. För några år sedan började fysiker fundera på om det kan finnas någon företeelse som bryter symmetrin i tiden, på samma sätt som kristaller gör i rummet. Sådana fenomen kallas för tidskristaller.

Två olika forskarlag har nyligen lyckats tillverka tidskristaller.

Den ena gruppen gjorde den första tidskristallen i en kedja av joniserade atomer. Jonerna har en inbyggd egenskap som kallas spinn, som ger dem en riktning på samma sätt som magneter. Spinnen i kedjan påverkar varandra. Forskarna kan sedan knuffa på kedjan med en laser som vänder jonernas spinn, och mäta på hur kedjan svarar på det. De ser då ett tydligt mönster i tiden det tar för spinnen att svänga tillbaka. Svängningen bildar en sorts underton till den pådrivande laserpulsen, och svänger alltså med en egen frekvens, precis som teorin hade förutsagt.

– Att få samma ton eller övertoner är inte särskilt svårt, säger fysikern Jonas Kjäll på Stockholms universitet. Vad som är nytt är att forskarna har lyckats skapa ett system som har mindre tidssymmetri än den pålagda tidssymmetrin, som en underton. Systemet bryter tidssymmetrin spontant.

Mönstret som uppstår är stabilt i tiden och motstår störningar. Det tas som ännu ett tecken på att experimentets jonkedja faktiskt blivit en tidskristall.

Ett annat forskarlag arbetade samtidigt med en helt annan teknik, och framställde en tidskristall i en diamant. Att fenomenet kan visa sig i olika skepnader stöder att tidskristallerna är en verkligt grundläggande upptäckt.

Symmetribrott ligger till grund för att förstå sådant som fasövergångar och partiklar och krafter. Fram till nu har tiden varit en dimension utan kända symmetribrott, men upptäckten av tidskristaller ger fysiken en helt ny typ av fenomen att utforska.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

2

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

Kommentar till artikeln "Kristaller av tid" publicerad i tidningen Forskning & Framsteg den 10 Mars 2017.

Forskning & Framsteg gör ett utmärkt jobb i många av deras artiklar men ibland kanske man önskade en något grundligare bakgrundsbeskrivning för att artikeln skall bli helt begriplig.
I artikeln "Kristaller av tid" sägs att citat, "I fysiken är tiden också en dimension." Dock glömmer författaren att påpeka att tiden som det hänvisas till är ett axiom i en teori, med andra ord finns helt andra definitioner på tid exempelvis SI-systemt där tid mäts som en längd eller ett antal våglängder.
SI-systemets definition av tid är förvisso skenbart kompatibelt med A. Einsteins rumtid men är inte exakt samma sak, denna förveckling skapar problem senare i artikeln med beskrivningen av de så kallade "tidskritallerna" exempelvis de joniserande kedjor av atomer med likriktad spinn.
Det problem jag ser i artikeln är att skillnaden mellan dimension och våglängder inte framgår. Det påstås att skillnaden mellan laserpulsens frekvens och den absorberade inducerade frekvensen i den joniserade atomkedjan är ett bevis på en tidsdimension i atomkedjan men nog kan den lika gärna bero på en så kallad "kaos-artad" fraktal återkoppling i kedjan som initialt är omöjlig att förutsäga eftersom "kaos" är liktydigt med att nästan oändligt små förändringar ger stora skillnader i slutresultatet.
Alltså varje joniserad atom representerar en möjlig "felkälla" eller ett "kaos-system" och symmetribrotten beror bara på kaos-systemets geometriska struktur i form av atomerna.
Det är intressant att veta att frekvenser i kristaller med tiden divergerar om man vill göra klockor med extrem noggrannhet, men det är känt sedan länge att även klockor med kvartskristaller visar fel om de får ticka tillräckligt länge.
Det som saknas i artikeln är en samanfattning som bör vara att exakt tidsmätning i SI-enhet är vanskligt då alla frekvenser utbreder sig kaotiskt och därmed ger upphov till fel i tidmätningen ju längre tiden, (frekvensen), går.

Med vänliga hälsningar Harald Wallin

Tack för din kommentar! Det är ganska svårt att förklara invecklade teoretiska begrepp på ett litet utrymme som i den här nyhetsnotisen. Det här ämnet kommer att utvecklas i en längre artikel i tidningen, håll utkik efter den!

Jag vill här bara passa på att förtydliga att den här sortens "tidskristaller" inte har något att göra med de kristaller som används i klockor, utan detta är en helt ny upptäckt. Namnet tidskristall myntades av den teoretiska fysikern Frank Wilczek som först spekulerade om att sådana skulle kunna fannas. 

Lägg till kommentar