18.06.2019
PL EN
04.03.2019 aktualizacja 04.03.2019
Karolina Duszczyk
Karolina Duszczyk

Ruszył polsko-australijski eksperyment z kryształami czasowymi

Fot. Fotolia Fot. Fotolia

Kryształy czasowe według polskiej koncepcji zostaną po raz pierwszy na świecie zrealizowane w Australii. Sposób utworzenia takich kryształów opracował w Krakowie prof. Krzysztof Sacha. Dzięki cząstkom odbijanym przez lustra atomowe, naukowcy z zupełnie nowej perspektywy zbadają fizykę ciała stałego.

Kryształ czasowy to taki stan, w którym cząstki same organizują swój ruch w sposób regularny w czasie. 

Kryształy przestrzenne znamy od lat i spotykamy zarówno w życiu codziennym, jak i w skomplikowanych zastosowaniach, jak przewodniki czy izolatory. Jednak kryształy czasowe to stosunkowo niedawna koncepcja naukowa, którą na początku uznano za niemożliwą do realizacji. Z biegiem czasu naukowcy ustalili warunki, w których możliwe jest zaobserwowanie samoorganizacji układu wielu ciał w czasie – więcej na ten temat w serwisie Nauka w Polsce – tutaj.

Prof. Krzysztof Sacha ustalił, że możliwe jest przeorganizowanie ruchu i pojawienie się nowego ruchu periodycznego, jeżeli będziemy rozważać układ, który jest napędzany przez zewnętrzną siłę.

„Wyobraziłem sobie układ, który jest fizycznie bardzo prosty. Zaczniemy analogią do ping-ponga. Możemy podbijać piłeczkę na rakietce i utrzymywać ją w ruchu. Odpowiednio dobrany ruch piłeczki i rakietki będzie zachodził periodycznie, w sposób nieprzerwany. Teraz wróćmy do nauki i zamieńmy pong-pong na chmurę ultrazimnych atomów, a rakietkę na atomowe lustro” – opisuje prof. Sacha.

Jak wyjaśnia, takie lustro to wiązka fali elektromagnetycznej w kształcie tafli, które odbija atomy. Jeżeli atomy oddziałują ze sobą słabo, to nic ciekawego się nie dzieje. Ale jeśli atomy oddziałują dostatecznie silnie, to pojawia się bardzo specyficzny stan danego układu, który fizycy kwantowi nazywają kotem Shroedingera, który jednocześnie żyje i nie żyje.

„Dowolne zaburzenie tego układu, na przykład obserwacja, pomiar, powoduje, że cały układ samodzielnie przeorganizowuje swój ruch. Pojawia się nowa struktura krystaliczna w czasie” – stwierdził profesor.

Pracę na ten temat opublikował w 2015 r. W 2016 Amerykanie zrealizowali inne układy w laboratorium. Udało im się stworzyć kryształy czasu odmiennym sposobem.

Teraz przyszła pora na eksperyment według polskiego pomysłu. Prof. Sacha zrealizuje go w grupie prof. Petera Hannaforda z Swinburne University of Technology w Melbourne. 13 lutego ruszył trzyletni projekt badawczy finansowany przez Australijski Komitet Badań. Grupa australijska specjalizuje się w lustrach atomowe. Zespół z na Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie obliczył, jakie parametry są potrzebne żeby zrealizować kryształy czasowe.

„Wspólnie chcemy pokazać, że fizykę ciała stałego można obserwować w czasie. Tego nie ma jeszcze nigdzie na świecie, to zupełnie nowy obszar nauki. Układ stworzony przez amerykańskich naukowców nie pozwala na badania różnych własności fizyki ciała stałego w czasie. W naszym układzie z atomami odbijanymi przez lustro da się realizować bardzo ciekawe efekty znane z fizyki kryształów przestrzennych – przewodnictwo, izolatory - mam nadzieję, że podwaliny przyszłych zastosowań” – mówi prof. Sacha.

Profesor przekonuje, że to przyszłościowy kierunek badań. Zaznacza, że amerykańska agencja związana z obronnością (tzw. DARPA) rozpisała konkurs na finansowanie badań związanych z kryształami czasowymi.

„Dziedzina kryształów czasowych została zapoczątkowana i się rozwija. To jest fantastyczna satysfakcja, kiedy tworzy się nową dziedzinę wiedzy. Bo jeżeli chcę się o czymś dowiedzieć, to nie mam możliwości sięgnąć do książki i przeczytać, jak to jest, tylko muszę to wymyślić” – stwierdza prof. Sacha.

Dodaje, że coraz więcej grup naukowych - i teoretycznych i eksperymentalnych - zaczyna się tym zajmować. Element konkurencji stymuluje do pracy. Badacze dbają o to, żeby każde nowe odkrycie mogło pozostać przy macierzystych jednostkach naukowych, ale również dyskutują.

We wrześniu w Krakowie odbędzie się pierwsza na świecie konferencja poświęcona kryształom czasowym organizowana przez prof. Krzysztofa Sachę i dr. Arkadiusza Kosiora, w której wezmą udział jedni z najwybitniejszych fizyków kwantowych. Wśród gości znajdzie się dwóch noblistów: Wolfgang Ketterle i autor koncepcji kryształów czasowych, naukowiec polskiego pochodzenia Frank Wilczek.

Organizatorzy przewidzieli granty dla wybranych studentów, którzy chcieliby wziąć czynny udział w konferencji. Granty obejmą opłatę konferencyjną, a także koszty podróży i zakwaterowania w Krakowie. Aplikacje – życiorys naukowy wraz z rekomendacją promotora oraz abstraktem wystąpienia - można nadsyłać do 30 kwietnia na adres mailowy: info@timecrystals2019.org

Więcej na ten temat oraz informacje o konferencji znajdują się na stronie: https://timecrystals2019.org

***

Profesor Krzysztof Sacha w 1998 roku uzyskał stopień doktora nauk fizycznych na Uniwersytecie Jagiellońskim. W tym samym otrzymał stypendium START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Podkreśla, że to właśnie badania przeprowadzone na potrzeby doktoratu pozwoliły mu dostrzec później możliwość realizacji kryształów czasowych. Jest przekonany, że wsparcie udzielone mu na tym etapie pracy naukowej było kluczowe w rozwoju jego kariery. Obecnie jest ambasadorem akcji #Jestemstartowcem. Akcja ma na celu zbieranie funduszy, m.in. z 1 proc. podatku PIT, na ufundowanie dodatkowych stypendiów dla najlepszych młodych naukowców.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ agt/

Copyright © Fundacja PAP 2019