Kiedy mówimy o kryształach, zwykle mówimy o charakterystycznej strukturze zbudowanej w przestrzeni z atomów. Kryształ to po prostu okresowy układ atomów ustawionych w dużej skali długości. To właśnie to charakterystyczne ułożenie atomów nadaje wszystkim znanym kryształom przykuwający wzrok wygląd. Fizycy jednak nieco inaczej patrzą na otaczającą nas rzeczywistość niż przeciętni ludzie. W wielu przypadkach bowiem wymiar czasowy czasoprzestrzeni traktują na równi z pozostałymi wymiarami przestrzennymi. W efekcie tylko kwestią czasu było postawienie pytania o to, czy w rzeczywistości mogą istnieć także kryształy definiowane w ten sam sposób w wymiarze czasowym. Takie pytanie postawił nieco ponad dekadę temu Frank Wilczek, fizyk z Massachusetts Institute of Technology oraz laureat Nagrody Nobla z fizyki.
Opisując swój pomysł, Wilczek wskazywał, że kryształ czasu byłby strukturą, w której jedna z właściwości fizycznych musiałaby samoistnie zmieniać się okresowo w czasie, nawet w sytuacji, gdy taki kryształ nie odczuwa żadnych zakłóceń. Przez kilka lat środowisko fizyków nie było przekonane, czy struktury tego typu mogą istnieć w rzeczywistości.
Czytaj także: Naukowcy tworzą fotoniczne kryształy czasu. Mają one zaskakujące właściwości
Kiedy jednak fizycy zabiorą się za poszukiwania, istnieje szansa, że odkryją coś, co wydawać by się mogło niemożliwe. Już w 2017 roku jeden z zespołów badawczych zaprezentował potencjalny kryształ czasu. Nie było to jednak jeszcze to, o czym myślał Wilczek. Były to bowiem układy, które po wzbudzeniu zmieniały się w określonym okresie, ale z czasem reagują z okresem dwukrotnie dłuższym. Blisko, ale to jeszcze nie to.
Kolejny ważny krok na drodze do odkrycia stałego kryształu czasu nadszedł w 2022 roku, kiedy to po raz pierwszy odkryto kryształ zachowujący się okresowo w czasie (przy wzbudzeniu niezależnym od czasu) w kondensacie Bosego-Einsteina. Jedyną wadą tej struktury był fakt, że istniał on tylko kilka milisekund.
Zespół fizyków z Dortmundu postanowił wydłużyć nieco ten czas, tworząc specjalny kryształ zbudowany z arsenku indu i galu. W tej konkretnej strukturze spiny jądrowe pełnią rolę pojemnika kryształu czasu. Struktura taka jest oświetlana w sposób ciągły, co powoduje polaryzację spinu jądrowego na skutek oddziaływania ze spinami elektronów. Tutaj dochodzimy do sedna sprawy. Owa polaryzacja spinu jądrowego spontanicznie generuje oscylacje, czyli powstaje kryształ czasu. Zaskakujące osiągnięcie zostało opisane szczegółowo w artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature Physics.
Czytaj także: Komputer kwantowy stworzył kryształ czasu. Co to właściwie znaczy?
Przypomnijmy zatem, w kondensacie Bosego-Einsteina udało się utrzymać kryształ czasu przez kilka milisekund. Kryształ stworzony w Dortmundzie przetrwał ponad czterdzieści minut, czyli dziesięć milionów razy dłużej, niż we wcześniejszych eksperymentach.
Wbrew pozorom to nie jest jeszcze koniec badań nad tymi fascynującymi strukturami. Naukowcy chcą teraz skupić się na badaniu sposobów zmiany okresu kryształu poprzez zmianę różnych parametrów eksperymentu, a nawet przyjrzeć się procesowi rozpadu kryształu, kiedy to ten traci swoją okresowość. Naukowcy zwracają uwagę na fakt, że w takiej sytuacji pojawiają się zachowania chaotyczne, które potrafią utrzymywać się przez zaskakująco długi czas. Nigdy nie wiadomo, czego się z nich dowiemy.