Bản in

Khoa học

Thứ Tư, 1/2/2017 13:00

Phát hiện loại vật chất hoàn toàn mới: Tinh thể thời gian

Các nhà nghiên cứu vừa thành công trong việc tạo ra tinh thể thời gian, là những mô hình phân tử không lặp lại trong không gian.

Phat hien loai vat chat hoan toan moi: Tinh the thoi gian - Anh 1

Tinh thể thời gian là một loại vật chất hoàn toàn mới, chúng là loại vật chất không tự cân bằng. Ảnh minh họa: AzDude/Pixabay.

Tinh thể thời gian là một loại vật chất rất kỳ lạ, chúng mâu thuẫn nhau. Một tinh thể thời gian là hiện tượng lượng tử cho thấy sự dịch chuyển còn lại bên trong lòng của nó, hoặc khi nó đạt một mức năng lượng thấp.

Bản chất của nó là một hình thức không cân bằng của vật chất, inh thể thời gian là những mô hình phân tử không lặp lại trong không gian, mà lặp lại trong thời gian, và phá vỡ tính đối xứng của sự dịch chuyển trong chiều thời gian.

Những ý tưởng đầu tiên về tinh thể thời gian đã được đề xuất lần đầu vào năm 2012 bởi nhà vật lý đoạt giải Nobel Frank Wilczek.

Lúc này nó chỉ là một lý thuyết rất tiềm năng để thách thức với những định luật vật lý khác. Sau đó, vào tháng 10 năm 2016, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, thành phố Santa Barbara bắt đầu tiến hành để hiện thực hóa lý thuyết này.

Mới đây, hai nhóm nghiên cứu độc lập đến từ Đại học Maryland và Đại học Harvard cho biết, họ đã thành công trong việc tạo ra tinh thể thời gian.

Họ sử dụng bản thiết kế chi tiết về tinh thể thời gian được phát triển bởi nhà vật lý Norman Yao, giảng dạy tại Đại học California. Bản thiết kế này được công bố trên một tạp chí chuyên ngành vật lý. Trong đó, Yao mô tả cách thức tạo nên một tinh thể thời gian và cách tính toán các thành phần của nó.

Ông cũng dự đoán các thể khác nhau của một tinh thể thời gian, tương tự như thể rắn và thể khí của một viên băng đá. Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Maryland được dẫn đầu bởi Chris Monroe. Họ tạo ra tinh thể thời gian bằng cách sử dụng một loạt 10 ion Ytterbi cho tương tác với electron xoay nhanh, việc này giống như một qubit hoạt động trong máy tính lượng tử.

Để duy trì sự vận động, nhóm liên tục cho ion Ytterbi tác dụng với một tia laser đầu tiên để tạo ra từ trường và một tia laser thứ hai để đảo một phần chiều quay của nguyên tử. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần, giữ các ion khỏi trạng thái cân bằng.

Phat hien loai vat chat hoan toan moi: Tinh the thoi gian - Anh 2

Quá trình tạo ra một tinh thể thời gian bởi các nhà nghiên cứu ở Đại học Maryland. Ảnh: Chris Monroe.

Do sự tương tác của những vòng xoay, chúng tạo thành một mô hình phân tử ổn định, lặp đi lặp lại, và như thế nó được định nghĩa là một tinh thể. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Harvard, dẫn đầu bởi Mikhail Lukin, phát triển tinh thể thời gian bằng cách sử dụng những khoảng trống dày đặc giữa các phân tử nitơ được tìm thấy trong những viên kim cương.

“Kết quả tương tự đã đạt được trong hai cách thức hoàn toàn khác nhau, cho thấy rằng tinh thể thời gian là một loại vật chất mới, không chỉ đơn giản là thỏa sự tò mò của chúng ta về một hệ thống vi mô và cụ thể, mà còn khẳng định rằng sự phá vỡ đối xứng này có thể xảy ra trong tất cả những hiện tượng tự nhiên, từ đó mở đường cho những nghiên cứu mới”, Phil Richerme công tác tại Đại học Indiana cho biết.

Nghiên cứu này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất lượng tử và giải quyết những vấn đề của bộ nhớ lượng tử khi kết hợp cùng máy tính lượng tử.

Nhưng ngoài những điều này, Yao không chắc chắn những mục đích khác mà tinh thể thời gian có thể ứng dụng được.

“Đây là một loại vật chất hoàn toàn mới, nó thực sự thú vị vì là một trong những ví dụ đầu tiên về sự không cân bằng của vật chất. Đối với nửa thế kỷ qua, chúng ta luôn khám phá về sự cân bằng, như kim loại và những chất cách điện. Bây giờ chúng ta bước vào giai đoạn mới khi khám phá những vật chất tự mất cân bằng”, Yao cho biết thêm.

Theo Quang Niên (Futurism)
Khám Phá

Tin tiêu điểm