Widzialna anomalia. Kryształ czasu dostępny dla ludzkiego oka
Hanqing Zhao i Ivan Smalyukh przekroczyli granice tego, co dotąd uważano za możliwe. Stworzyli strukturę, którą można obserwować pod mikroskopem, a przy sprzyjających warunkach – nawet bez specjalistycznego sprzętu. To zasadnicza różnica wobec wcześniejszych eksperymentów, które funkcjonowały wyłącznie w skali kwantowej. Jak wyjaśniają sami zainteresowani, owe struktury mogą być obserwowane bezpośrednio pod mikroskopem, a nawet, w szczególnych warunkach, gołym okiem.
Czytaj też: Duńscy naukowcy znaleźli materiał z koszmaru fizyków. Przeczy wszystkiemu czego nas uczono
Pomysł narodził się w 2012 roku dzięki Frankowi Wilczkowi, czyli nobliście który zaproponował istnienie struktur powtarzalnych nie tylko przestrzennie, ale i czasowo. Przez lata koncepcja wydawała się czysto teoretyczną spekulacją – aż do teraz. Obecne odkrycie jest podwójnie znaczące. Nie tylko potwierdza możliwość stworzenia kryształu czasu, ale czyni go dostępnym dla bezpośredniej obserwacji. To jak przejście od abstrakcyjnych równań do namacalnego dowodu. Mechanizm okazuje się zaskakująco prosty. Badacze wykorzystali dobrze znane ciekłe kryształy, podobne do tych w ekranach smartfonów i pokryli je barwnikiem azobenzenowym. Następnie naświetlili całość zwykłym światłem. Później wystarczyło zaświecić światło, aby stała się magia. Efekt? Pod mikroskopem widać wirujące, psychodeliczne wzory przypominające tygrysie paski. Co najciekawsze, struktura potrafi utrzymywać ruch przez wiele godzin bez dodatkowego zasilania.
Stabilność i odporność. Dlaczego to takie wyjątkowe?
Kluczową cechą jest spontaniczne łamanie symetrii, gdyż struktura samodzielnie tworzy powtarzalne wzory w czasie i przestrzeni. Kryształy wykazują niezwykłą stabilność: zmiany temperatur nie zakłócają ich ruchu, co sugeruje odporność na zakłócenia zewnętrzne. Faza krystalizacji opiera się na cząstkach podobnych do solitonów topologicznych – matematycznych struktur zachowujących formę podczas ruchu. Zespół z Kolorado widzi potencjał w urządzeniach optycznych, telekomunikacji i zabezpieczeniach antyfałszerskich. Koncepcja znakowania czasowego mogłaby przechowywać ponad 100 tysięcy bitów na sekundę, co stanowiłoby znaczący postęp wobec tradycyjnych kodów.
Czytaj też: Fizyka nabiera nowego wymiaru. Te sensory widzą przestrzeń i czas jednocześnie — i robią to na żywo
Koszt produkcji nie wydaje się przeszkodą: próbka o wymiarach 1 cm × 1 cm × 2 mikrometry wymaga zaledwie 0,0002 grama ciekłego kryształu i śladowych ilości barwnika. Naukowcy złożyli już wniosek patentowy, co sugeruje wiarę w komercyjny potencjał. Jak podkreślają, nie chcą teraz ograniczać zastosowań. Ich zdaniem istnieją możliwości pchnięcia tej technologii we wszystkich kierunkach. W ogólnym rozrachunku nie ulega wątpliwości, że mamy do czynienia z otwarciem nowego rozdziału w fizyce materii. Nawet pomimo potencjalnych trudności, z którymi będą się teraz zmagali fizycy, sama możliwość obserwacji takich struktur gołym okiem zmienia sposób myślenia o fundamentalnych właściwościach materii. Być może za kilka lat kryształy czasu staną się elementem naszej codzienności, ale na razie pozostają fascynującym naukowym eksperymentem, który – co warto podkreślić – udało się przeprowadzić z wykorzystaniem stosunkowo prostych materiałów i metod.