时空水晶的实验设计

空间水晶

想象一下,一个将永远保持完美时间的时钟,或者将新尺寸开启到量子现象,例如出现和纠缠的设备。

一个国际科学家团队基于电场离子阱和携带相同电荷的颗粒的库仑排斥来提出了节空晶体的实验设计。

想象一下,即使在宇宙的热死后,也会永远保持完美时光的时钟。这是称为“时空晶体”的设备后面的“哇”因子,这是一个四维晶体,其在时间和空间中具有周期性的结构。然而,建设空间水晶也存在实用性和重要的科学原因。利用如此4D晶体,科学家们将有一个新的更有效的手段,通过该方法来研究复杂的物理性质和行为如何从大量单独粒子的集体相互作用中出现,所谓的物理学的许多身体问题。空间时间晶体也可用于研究量子世界中的现象,例如缠结,其中一个颗粒上的动作即使两个颗粒通过距离分离而导致另一个颗粒。

然而,空间时间晶体仅作为理论科学家的思想中的概念,没有关于如何实际构建一个的严肃想法 - 直到现在。An international team of scientists led by researchers with the U.S. Department of Energy (DOE)’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) has proposed the experimental design of a space-time crystal based on an electric-field ion trap and the Coulomb repulsion of particles that carry the same electrical charge.

“离子陷阱的电场占据了充电的颗粒,库仑排斥导致它们自发地形成空间圈水晶,”伯克利实验室材料科学家师傅的教师科学家向张张说。“在弱静态磁场的应用下,该环形离子晶体将开始旋转永不停止的旋转。捕获离子的持续旋转产生时间顺序,导致在最低量子能量状态下形成时空晶体。“

一个时钟将永远保持完美的时间

该所提出的时空晶体(a)在空间和时间内的周期性结构,其中(b)即使在最低能量状态下也旋转一个方向上的超容器。(礼貌的香张集团)

因为空时水晶已经处于最低量子能量状态,其时间顺序 - 或计时 - 即使在我们的其他宇宙达到熵,热力学均衡或“热死亡之后,就会持续存在。

曾担任加州大学(UC)伯克利机械工程机械工程教授的Zhang,他还指导了纳米规模的科学和工程中心,是一篇文章中描述这项工作的作者物理评论信(prl)。本文标题为“捕获离子的时空晶体。”共同创作本文是同通李,浙江龚,张启尹,海涛泉,小波尹,彭章和吊船。

在马萨诸塞州理工学院的诺贝尔奖的物理学家,今年早些时候提出了在时间上提出离散秩序的水晶概念。虽然Wilczek在数学上证明了时间水晶可以存在,但如何物理地实现这种时间晶体尚不清楚。自2011年9月以来,张某及其团体在不同的系统中致力于时间顺序的问题,提出了一个实验设计,以建立一个在空间和时间内离散的水晶 - 一个空间水晶。

传统的晶体是由粘合在一起的原子或分子组成的3D实体结构。常见的例子是冰,盐和雪花。当从分子系统中除去热量直至其达到其较低能量状态时,发生结晶。在较低的能量的某个点处,连续的空间对称性断开,晶体假定离散对称性,这意味着代替所有方向上的结构,它仅在几个方向上是相同的。

“在过去的几十年中取得了巨大进展,探索了诸如二维的低维结晶材料的令人兴奋的物理学石墨烯.一维纳米管和零维粉球,“Toncang李,PRL纸的主要作者和Zhang的研究小组的职位。“创造尺寸高于传统3D晶体的晶体的想法是物理学中的重要概念突破,我们是第一个设计一种实现空间晶体的方法非常激动。”

一种制作四维时空水晶的方法

香张(坐着)和同通李提出了一种方法来制造四维空间水晶,一种可用于研究物理学和其他量子现象的多体问题。(照片由伯克利实验室Roy Kaltschmidt)

正如连续空间对称被分解成离散对称时的最低量子能量状态一样,就像在最低量子能量状态下配置一样,所以对对称性的对称性断开预期,以配置空间时间晶体的时间分量。在由张和Li及其同事设计的方案下,持续旋转的捕获离子的空间环将在时间上定期再现,形成普通空间晶体的时间模拟。在空间和时间内具有周期性的结构,结果是空时晶体。

“虽然时空水晶看起来像一个永恒的运动机,但乍一看可能似乎是令人难以妨碍的,”李说,“记住超导体或甚至正常金属环可以在其量子地下支撑持久的电子电流正确的条件。当然,金属中的电子缺乏空间秩序,因此不能用于制作时空晶体。“

李很快指出,他们所提出的时空水晶不是永久运动机,因为处于最低量子能状态,没有能量输出。然而,有一个很大的众多科学研究,空间水晶是宝贵的。

“空时水晶本身就是许多身体系统,”李说。“因此,它可以为我们提供一种新的方式来探索经典的许多身体问题物理问题。例如,空间时间水晶如何出现?时间转换对称休息怎么样?时空晶体中的准粒子是什么?缺陷对时空晶体的影响是什么?研究这些问题将大大推动我们对自然的理解。“

张章另一位共同作者和张的研究小组成员指出,空间水晶还可以用于在两个空间和时间跨不同的旋转状态存储和转移量子信息。时空晶体也可以在其他物理系统中发现除了捕获的离子之外的其他物理系统中的类似物。

“这些类似物可以打开门,从根本上为各种应用程序提供新的技术和设备,”他说。

张张认为,现在可以使用其方案和艺术离子陷阱的方案进行时空水晶。他和他的集团正在积极寻求合作者,采用适当的离子捕获设施和专业知识。

“主要挑战是将离子环冷却到地面状态,”张章说。“这可以在不久的将来克服了离子陷阱技术的发展。因为之前从未如此,其大多数属性将是未知的,我们将必须研究它们。这些研究应该加深我们对阶段转型和对称性的理解。“

该研究主要由Miller专业和Ernest S. Kuh捐赠董事席,由UC Berkeley以及国家科学基础的纳米级科学和工程中心提供支持。

图片:湘张集团;Roy Kaltschmidt,伯克利实验室

是第一个评论在“时空水晶的实验设计”

发表评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。