과학자들은 이전에 달성한 것보다 수명이 수백만 배 더 긴 타임 크리스탈을 생산함으로써 양자 물리학 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 이 발견은 2012년 노벨상 수상자인 프랭크 윌첵(Frank Wilczek)이 제시한 시간 결정체의 이론적 예측을 확증해 주기적인 외부 영향이 없는 시스템에서 주기적인 동작을 보여줍니다.
연구자들은 프랭크 윌첵(Frank Wilczek)이 제안한 이론적 개념을 확인하면서 타임 크리스탈의 수명을 연장하는 데 성공했습니다. 이는 양자 물리학의 중요한 진전을 나타냅니다.
TU 도르트문트 대학교(TU Dortmund University) 팀은 최근 이전 실험에서 볼 수 있었던 것보다 수백만 배 더 오래 지속되는 매우 내구성이 뛰어난 타임 크리스탈을 생산하는 데 성공했습니다. 이를 통해 그들은 약 10년 전 노벨상 수상자인 프랭크 윌체크(Frank Wilczek)가 가정했으며 이미 SF 영화에 적용되고 있는 매우 흥미로운 현상을 확인했습니다. 그 결과는 현재 자연 물리학.
시간 결정 연구의 선구적인 성과
결정, 더 정확하게는 우주의 결정은 큰 길이의 원자가 주기적으로 배열된 것입니다. 이러한 배열은 보석처럼 매끄러운 면을 지닌 결정체에 절묘한 외관을 부여합니다.
물리학은 종종 특수 상대성 이론과 같이 공간과 시간을 동일한 수준으로 다루기 때문에 MIT(매사추세츠 공과대학)의 물리학자이자 노벨 물리학상 수상자인 Frank Wilczek은 2012년에 우주의 결정에 대해 다음과 같은 가설을 세웠습니다. , 시간에 결정도 있어야합니다. 이것이 가능하려면 시스템이 유사한 주기적인 간섭을 경험하지 않더라도 시스템의 물리적 특성 중 하나가 시간이 지남에 따라 자발적으로 주기적으로 변하기 시작해야 한다고 그는 말했습니다.
불꽃과 유사한 것은 새로운 시간 결정의 측정입니다. 각 지점은 실험값에 해당하며 시간 결정의 핵 스핀 분극의 주기적인 역학에 대한 다양한 관점으로 이어집니다. 이미지 출처: Alex Grealish/TU Dortmund
타임 크리스탈 이해
이러한 타임 크리스탈의 존재 가능성은 수년 동안 논란의 여지가 있는 과학적 논쟁의 주제였지만 빠르게 영화관에 도달했습니다. 예를 들어, 타임 크리스탈은 Marvel Studios 영화 어벤져스: 엔드게임(2019)에서 중심 역할을 했습니다. 2017년부터 과학자들은 이미 몇 차례에 걸쳐 타임 크리스탈의 가능성을 입증하는 데 성공했습니다.
Alex Grealish 박사는 TU Dortmund 물리학과의 응집물질 연구 센터에서 근무하고 있습니다. 크레딧: TU 도르트문트
그러나 Wilczek의 원래 아이디어와는 달리 이러한 시스템은 특정 주기로 시간적 자극을 받았지만 두 배 더 긴 다른 주기로 반응했습니다. 여기가 시간 독립적, 즉 일정하더라도 시간에 따라 주기적으로 동작하는 결정은 2022년에 보스-아인슈타인 응축기에서 입증되었습니다. 그러나 수정은 몇 밀리초 동안만 살았습니다.
시간의 도약 크리스탈 장수
Alex Grelich 박사가 이끄는 도르트문트 물리학자들은 이제 핵 스핀이 시간 결정의 저장소 역할을 하는 인듐 갈륨 비소로 만들어진 특수 결정을 설계했습니다. 결정은 전자스핀과의 상호작용에 의해 핵스핀의 분극이 형성되도록 지속적으로 조명된다. 시간 결정과 동등한 진동을 자발적으로 생성하는 것은 바로 이 핵 스핀 분극입니다.
현재 실험 상태는 결정의 수명이 최소 40분이라는 것인데, 이는 지금까지 입증된 것보다 천만 배 더 길고 훨씬 더 오래 지속될 가능성이 높습니다.
실험 조건을 체계적으로 변경하여 대규모로 결정화 기간을 변경하는 것이 가능합니다. 그러나 결정이 “녹는”, 즉 주기성을 잃는 영역으로 이동하는 것도 가능합니다. 이 지역은 또한 오랜 기간 동안 유지될 수 있는 혼란스러운 행동이 나타나기 때문에 흥미롭습니다. 과학자들이 이론적 도구를 사용하여 그러한 시스템의 혼란스러운 행동을 분석할 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.
참고 자료: A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev 및 M. Bayer의 “핵 전자 스핀 시스템의 강력한 연속 시간 결정”, 2024년 1월 24일, 자연 물리학.
도이: 10.1038/s41567-023-02351-6