Desarrollo de cristales de tiempo para su uso en aplicaciones del mundo real.

Los cristales de tiempo, almacenados indefinidamente a temperatura ambiente, se pueden usar en tiempos precisos.

Todos hemos visto cristales, ya sea simple sal o azúcar, o amatista elaborada y hermosa. Estos cristales están formados por átomos o moléculas que se repiten en un huevo tridimensional simétrico llamado red en la que los átomos ocupan determinados puntos del espacio. Por ejemplo, los átomos de carbono en un diamante rompen la simetría del espacio en el que se asientan al formar periódicamente una red. Los físicos lo llaman «simetría rompible».

Los científicos han descubierto recientemente que tal efecto se puede ver con el tiempo. El desorden de simetría, como su nombre lo indica, puede ocurrir solo cuando hay cierta simetría. La fuerza o fuente de energía que cambia cíclicamente en el dominio del tiempo naturalmente da lugar a un patrón temporal.

La ruptura de la simetría ocurre cuando un sistema guiado por tal fuerza se encuentra con un momento de deja vu, pero No por el mismo período de vigencia. Los «cristales del tiempo» han sido vistos como una nueva fase de la materia en la última década; Estos experimentos requieren temperaturas extremadamente bajas u otras condiciones adversas para minimizar las influencias externas no deseadas.

Para que los científicos aprendan más sobre los cristales de tiempo, para usar su potencial en tecnología, necesitan encontrar formas de crear cristales de tiempo, para mantenerlos estables fuera del laboratorio.

UC Riverside Universidad de California Investigación actual publicada esta semana Comunicaciones de la naturaleza ahora ha observado cristales de tiempo en un sistema que no está aislado de su entorno. Este avance lleva a los científicos un paso más cerca del desarrollo de cristales de tiempo para su uso en aplicaciones del mundo real.

«Cuando su sistema experimental intercambia energía con su entorno, la dispersión y el ruido trabajan de la mano para interrumpir el orden temporal», dijo el autor principal Hossein Taher, profesor asistente de ingeniería eléctrica y tecnología informática en Marlan y Rosemary Bourns de UC Riverside. Escuela de ingenería. «En nuestra plataforma de fotones, el sistema equilibra la ‘pérdida de beneficios’ para crear y mantener cristales de tiempo».

Promovido hace una década por el premio Nobel Frank Wilczek, un equipo de investigadores dirigido por el profesor adjunto de UC Riverside Hossein Taheri muestra nuevos cristales de tiempo que se almacenan indefinidamente a temperatura ambiente a pesar del ruido y la pérdida de energía.

El cristal de tiempo totalmente óptico está hecho de un disco de un milímetro de diámetro por medio de un resonador de vidrio de fluoruro de magnesio. Cuando se bombardearon con dos rayos láser, los investigadores notaron picos subarmónicos o señales de frecuencia entre los dos rayos láser, lo que indica una distorsión de la simetría temporal y la formación de cristales de tiempo.

El equipo de la UCR utilizó una técnica llamada bloqueo de autoinyección de dos láseres en el resonador para ganar resistencia ambiental. Los signos de una recurrencia temporal de este sistema se pueden medir fácilmente en el rango de frecuencia. Por tanto, la plataforma propuesta facilita el estudio de esta nueva fase de la materia.

Sin la necesidad de bajas temperaturas, el sistema se puede transportar fuera de un laboratorio complejo para aplicaciones de campo. Una de estas aplicaciones puede ser mediciones de tiempo extremadamente precisas. Dado que las veces de frecuencia և son matemáticamente inversas entre sí,[{» attribute=»»>accuracy in measuring frequency enables accurate time measurement.

“We hope that this photonic system can be utilized in compact and lightweight radiofrequency sources with superior stability as well as in precision timekeeping,” said Taheri.

Reference: “All-optical dissipative discrete time crystals” by Hossein Taheri, Andrey B. Matsko, Lute Maleki and Krzysztof Sacha, 14 February 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-28462-x

Taheri was joined in the research by Andrey B. Matsko at NASA’s Jet Propulsion Laboratory, Lute Maleki at OEwaves Inc. in Pasadena, Calif., and Krzysztof Sacha at Jagiellonian University in Poland.