Dissipativ zaman kristalı, sistem enerjini yayarkən zamanla dövri salınımlarla xarakterizə olunan maddənin bir mərhələsidir. Enerji itkisi olmayan qapalı sistemlərdə də baş verə bilən adi zaman kristallarından fərqli olaraq, enerji itkisi olmadan sərbəst axan açıq sistemlərdə dissipativ zaman kristalları müşahidə olunur.

Tsinghua Universitetinin tədqiqatçıları bu yaxınlarda otaq temperaturunda güclü qarşılıqlı təsir göstərən Ridberq qazında dissipativ zaman kristalını müşahidə ediblər. Onların “Nature Physics” jurnalında dərc olunan məqaləsi maddənin bu heyrətamiz vəziyyətinin öyrənilməsi üçün yeni imkanlar açır.

“Əldə etdiyimiz nəticələr tamamilə planlaşdırılmamış idi” dedi. “Üç il əvvəl korona pandemiyası zamanı, o vaxtlar fəlsəfə doktoru olan aparıcı müəllif Dr. Xiaoling Wu, yalnız bir neçə tələbənin içəri girməsinə icazə verildikdə laboratoriyada işləməyə davam etmək qərarına gəldi. O zaman bizim əsas məqsədimiz ultra-soyuq atom qazında Rydberg həyəcanını sınaqdan keçirmək.

Fəlsəfə doktoru dissertasiyasını müdafiə edərkən. Tsinghua Universitetində Dr. Xiaoling, lazerləri atomik keçidlərə bağlamaq üçün istifadə edilən termal buxar hüceyrəsindən keçən zond işığının ötürülməsində eksperimental olaraq səs-küyə bənzər salınımları müşahidə etdi. O zaman nə o, nə də həmkarları bu təəccüblü hadisənin nə olduğunu başa düşmürdülər, çünki hələ proqnozlaşdırılmamış və nəzəri cəhətdən təsvir edilməmişdir.

“Xiaoling Wu, Zhuqing Wang və Dr. Fan Yang (bizim məqaləmizin üç ilk həmmüəllifi), Pekin Kvant İnformasiya Elmləri Akademiyasından Dr. Xiangliang Li ilə birlikdə bununla əlaqəli fizikanın maraqlı kəşflərinə başladılar. Həm eksperimental, həm də nəzəri tərəfdən yeni tapılan fenomen, nəticədə bildirilən işə gətirib çıxardı” dedin. “Xiaoling instinkti və əzmkarlığı, eləcə də komandamızdakı bütün insanların əməkdaşlığı o vaxtdan bəri bir çox qruplar tərəfindən bildirilən bu gözlənilməz kəşf üçün çox vacibdir.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721803424&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-experimental-dissipative-crystal-rydberg-gas.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801875854&bpp=5&bdt=412&idt=156&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721803408%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721803408%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0%2C1423x739&nras=2&correlator=2781442025779&frm=20&pv=1&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1721801876&ga_hid=2129782269&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=1978&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C31084867%2C42531705%2C95334529%2C95334830%2C95337869%2C95338265%2C31084679%2C31084186%2C95331953%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=2809757930758481&tmod=370222706&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=M

Tədqiqatçılara tədqiqatın nəzəri aspektlərinə töhfə verən doktor Tomas Pohl da qoşuldu. Pohl o zaman onunla post-doc kimi işləyən Yang ilə sıx əməkdaşlıq edirdi.

Pohl dedi: “Daha əvvəl atom Rydberg qazları ilə lazerin qarşılıqlı təsirini öyrənən bir neçə eksperiment aparıldı və onların heç biri hazırkı təcrübədə görünən salınan davranış növü barədə məlumat vermədi” dedi. “Beləliklə, eksperimental müşahidə onun mənşəyini anlamaq və rəqslərin həqiqətən atomlar və işıq arasındakı qarşılıqlı təsirdən yarandığına özümüzü inandırmaq üçün həll edilməli olan gözəl tapmaca idi.”

Zaman kristalı, mahiyyətcə, müvəqqəti salınımların özbaşına meydana gəldiyi maddə vəziyyətidir. Bu müşahidələr bir qədər normal kristallarda müşahidə olunanlara bənzəyir, burada atomlar arasındakı qarşılıqlı qarşılıqlı təsirlər onların spesifik məkan nümunələrindən sonra kortəbii şəkildə təşkil edilməsinə səbəb olur.

“İki növ zaman kristalları var: dövri hərəkətverici qüvvə altında əmələ gələn diskret zaman kristalı və başqa zamandan asılı olmayan şəraitdə kortəbii olaraq meydana çıxan davamlı zaman kristalı” deyə Yang izah etdi. “İşimizdə sonuncu müşahidə olundu”.

Elektromaqnitlə induksiya olunan şəffaflıq (EIT) dağıdıcı müdaxilə nəticəsində iki güclü birləşmiş kvant vəziyyətinin zond işığı üçün yaxın rezonanslı üçüncü vəziyyətə şəffaflıq pəncərəsi yaratdığı bir kvant optik hadisəsidir. Xüsusilə, Rydberg atomları arasında güclü dipol-dipol qarşılıqlı təsirləri olduqda, bu pəncərədən işığın ötürülməsi xətlərinin formaları dəyişdirilir.

“Təcrübələrimizdə biz üç ştatlı nərdivan konfiqurasiyasını qəbul etdik, üst Rydberq vəziyyəti, yer vəziyyətindən yoxlanılan aralıq həyəcanlı vəziyyətə birləşdirildi” dedin. “Belə sadə quraşdırma soyuq və ya isti atom qazında epidemiya dinamikası, meşə yanğınları və öz-özünə təşkil edilən kritiklik kimi çoxlu mövzular üçün qeyri-tarazlıq fizikasını öyrənməyə imkan verir.

_{“Təcrübələrimiz 780 nm zond işığı |g⟩ = |5S 1/2} ⟩ – |e⟩ = |5P _3/2 ⟩ keçidinə rezonansa yaxın olan ⁸⁵ Rb atomlu buxar hüceyrəsində aparılır. daha sonra Rydberg manifoldlarına 480 nm birləşdirmə işığı ilə birləşdirilmiş |nD _J ⟩.”

Siz, Pohl və həmkarları təcrübələrində lazer işığından istifadə edərək otaq temperaturunda atomlardan ibarət bir qazı işıqlandırdılar. Tətbiq olunan lazer sahələri qazın tərkibindəki bəzi atomları Rydberq adlanan vəziyyətə saldı və bu, atomlar arasında qarşılıqlı əlaqəni gücləndirdi.

Nəticədə yaranan güclü qarşılıqlı təsir atomların Ridberq vəziyyətinə keçməsi prosesinə təsir edir, bu da öz növbəsində atomların qarşılıqlı təsirinə təsir edərək atomlar arasında getdikcə daha güclü qarşılıqlı təsirlərlə qeyd olunan “fəzilətli dövrə” yaradır. Maraqlıdır ki, tədqiqatçılar bəzi spesifik şərtlərdə bu əks əlaqə dövrəsinin Rydberq atomlarının sayında kortəbii rəqslərlə nəticələnə biləcəyini müəyyən ediblər.

“Məlum oldu ki, tətbiq olunan lazer sahəsinin iki fərqli növ Rydberg atomunu həyəcanlandırdığı xüsusi şərtlərə ehtiyac var ki, onların qarşılıqlı təsiri atom qazı vasitəsilə ötürülən lazer işığının intensivliyinin salınması kimi birbaşa müşahidə edilə bilən rəqslərə səbəb ola bilər. “Pohl dedi. “Lakin bu şərtlər yerinə yetirildikdən sonra yaranan fasiləsiz zaman kristalı olduqca möhkəmdir və praktiki olaraq qeyri-müəyyən müddət ərzində öz-özünə davamlı salınımlar nümayiş etdirir.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2053027255&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721803598&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-experimental-dissipative-crystal-rydberg-gas.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801875861&bpp=26&bdt=420&idt=183&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D4affe4131dd5dd5c%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721803408%3AS%3DALNI_MbUC-Ae2mgUQk_YcX7zH0MS_3PKkA&eo_id_str=ID%3D88459bb7dce951d5%3AT%3D1721801852%3ART%3D1721803408%3AS%3DAA-AfjbtvqJSL4Gv5AGhtgiPqyom&prev_fmts=0x0%2C1423x739%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=2781442025779&frm=20&pv=1&ga_vid=994546572.1721801825&ga_sid=1721801876&ga_hid=2129782269&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=4091&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=1389&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C31084867%2C42531705%2C95334529%2C95334830%2C95337869%2C95338265%2C31084679%2C31084186%2C95331953%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGsk7WsrQGEJIUAzlorNbZdDXnEHvkvM4IbypbBFDpVz16Kakfi0A4BFHW_ux-KQ33PF7poMf97p8zxOxB6SZ-k0Jf9251JHKC-NkXph7zVB7PMG0-g&pvsid=2809757930758481&tmod=370222706&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Tədqiqatçıların keçmişdə apardıqları təcrübədən əsas fərqi, |e⟩-ni fərqli Rydberq ştatlarına aparan birləşmə işığının qütbləşməsini tənzimləmələridir. Komandanın qurulmasındakı çoxsaylı Rydberg komponentləri arasında qarşılıqlı əlaqə və rəqabət onların sisteminin faza diaqramını əhəmiyyətli dərəcədə zənginləşdirir və bu, dissipativ zaman kristal mərhələsinin yaranmasına imkan verir.

“Dissipativ zaman kristalının işarələri bu yaxınlarda iki başqa sistemdə müşahidə edilmişdir, burada o, optik rezonatorda atomların tək bir foton rejiminə birləşməsindən və ya bir elektron spininin nüvə spinlərinə qoşması nəticəsində yaranır. bərk hal materialı” dedi Yang.

“Bizim işimiz çoxbədənli sistemdə hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranan fasiləsiz zaman kristalının müşahidəsini bildirir. Bu mənada kəşf, zaman kristalı fenomeni ilə bağlı anlayışımızı dərinləşdirmək üçün perspektivli platforma təqdim edir. 2012-ci ildə Frank Wilczek tərəfindən təklif edilən zaman kristalının orijinal ideyası.”

Bu tədqiqatçılar qrupunun son araşdırması Rydberg atom qazlarında zaman kristallarının davranışını müşahidə etmək üçün tələb olunan şərtlərə işıq salır. Onların işi artıq öz laboratoriyalarında əlavə eksperimentlərə ilham verib, bəziləri müşahidə etdikləri öz-özünə davamlı salınımların xüsusiyyətlərini idarə etməyə yönəlib.

“Bu yolla, nəhəng Rydberg atomlarının artıq texnoloji tətbiqlər tapdığı yüksək dəqiqlikli elektrik sahəsi sensorlarının işini artırmaq üçün zaman kristal fazasından istifadə edilə bilər” dedi Pohl.

Siz, Pohl və onların həmkarları dissipativ zaman kristallarını öyrənmək üçün yüksək perspektivli platforma təqdim etdiniz. Onların işi artıq dünyanın digər laboratoriyalarında dissipativ zaman kristalını daha da öyrənmək və salınımların xassələrinə nəzarət etmək məqsədi daşıyan eksperimentlərə yol açıb.

Gələcəkdə bu işlər yeni texnoloji cihazların inkişafına töhfə verə bilər. Məsələn, onlar mühəndislərə Rydberg atomlarına əsaslanan daha yaxşı performanslı və yüksək dəqiqlikli sensorlar dizayn etməyə imkan verə bilərdilər.

“Yaxın gələcəkdə biz limit dövrü ilə fasiləsiz zamanın tərcüməsi simmetriyasını pozan zaman kristalı arasındakı fərqləri təsvir etməyə cəmləşəcəyik” dedin. “Onların sonuncusu və ya TC, tez-tez sərtlik və çoxlu bədən dolaşıqları olan makroskopiya kvant sisteminə istinad edilir.”

Növbəti tədqiqatlarında Siz və onun həmkarları makroskopik kvant korrelyasiyaları ilə əlaqəli görkəmli xüsusiyyətləri birbaşa müşahidə etməyə ümid edirlər. Onların səyləri, bu xüsusiyyətlərin həqiqətən də məqalələrində istifadə olunan orta sahə nəzəriyyəsinin təsvirindən kənarda olduğunu təsdiqləyən yeni sübutlar toplaya bilər.

Siz və onun həmkarları da müşahidə etdikləri zaman kristalının mümkün tətbiqlərini araşdırmağı planlaşdırırsınız. Məsələn, onlar elektromaqnit sahəsinin tədqiqi və metrologiyası üçün daha təkmil cihazların hazırlanmasında istifadə oluna biləcəyini müəyyən etməyə çalışacaqlar.

“Gələcəkdə atomların otaq temperaturu qazında kortəbii salınımlara səbəb olan ətraflı mikroskopik prosesləri daha yaxşı başa düşmək vacib olacaq”, – Pohl əlavə edib. “Bizim tapıntılarımız bir çox qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərin sistemlərində davamlı zaman kristallarının yaranması üçün ümumiyyətlə tələb olunan əsas mexanizmləri müəyyən etməyə də kömək edə bilər.

“Sistemimizdə unikal şəkildə mümkün ola biləcək hissəciklər arasında kvant dolaşmasının əhəmiyyətini və rolunu anlamaq xüsusilə vacib olacaq.”

Daha çox məlumat: Xiaoling Wu et al, Güclü qarşılıqlı təsir göstərən Rydberg qazında dissipativ vaxt kristalı, Təbiət Fizikası (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02542-9

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası