Ժամանակի բյուրեղները՝ ժամանակակից ֆիզիկայի ամենաէկզոտիկ երևույթներից մեկը, երկար ժամանակ համարվում էին բացառապես քվանտային էֆեկտ, որը պահանջում է գերցածր ջերմաստիճաններ, լազերներ, վակուում և խճճված մասնիկներ։ Սակայն Նյու Յորքի համալսարանի թիմը ցույց է տվել, որ ժամանակի սիմետրիայի նմանօրինակ խախտում կարելի է դիտարկել սովորական դասական համակարգում, ընդ որում՝ զարմանալիորեն պարզ միջոցներով։ Փորձի համար բավականացրել են փրփրապոլիստիրոլից երկու փոքրիկ գնդիկներ և ակուստիկ լևիտատորներ։ Աշխատանքը հրապարակվել է Physical Review Letters ամսագրում։

Ի՞նչ է ժամանակի բյուրեղը

Ժամանակի բյուրեղը ոչ թե նյութ է սովորական իմաստով, այլ համակարգի վարքագծի հատուկ տեսակ։ Սովորական բյուրեղում ատոմները տարածության մեջ ձևավորում են պարբերական կառուցվածք։ Ժամանակի բյուրեղում մասնիկները ինքնաբերաբար սկսում են տատանվել ժամանակի մեջ ֆիքսված պարբերականությամբ՝ առանց որևէ արտաքին պարբերական ազդեցության (ինչպիսին է, օրինակ, մետրոնոմը)։

Նման վարքագիծը խախտում է բնության հիմնարար սիմետրիաներից մեկը՝ ժամանակի սիմետրիան։ Մինչ օրս հայտնի բոլոր ժամանակի բյուրեղները ստեղծվել էին քվանտային համակարգերում՝ իոնային թակարդներում, գերհաղորդիչ կուբիթներում կամ ալմաստների մագնիսական սպիններում։

Ինչպե՞ս դա արեցին փրփրապլաստից

Ֆիզիկոսները՝ Դեյվիդ Գրիերի գլխավորությամբ, ուսումնասիրում են մասնիկների փոխազդեցությունը ակուստիկ թակարդներում։ Նրանք փրփրապոլիստիրոլից պատրաստված փոքրիկ գնդիկները (մոտ 1 մմ տրամագծով) օդում պահում են կանգուն ձայնային ալիքների օգնությամբ։

Լևիտացիան ձեռք է բերվում ճշգրիտ լարված ակուստիկ դաշտի շնորհիվ. գնդիկները կախվում են ճնշման հանգույցներում։ Սակայն առանցքային պահը փոքրիկ անհամաչափությունն է. երկու գնդիկները չափերով և ձևով մի փոքր տարբերվում են միմյանցից, ինչի պատճառով յուրաքանչյուրը ձայնը ցրում է յուրովի։

Արդյունքում, այն ուժը, որով մի գնդիկը ակուստիկ դաշտի միջոցով հրում է մյուսին, հավասար չէ հակադարձ ուժին։ Որոշակի պարամետրերի դեպքում համակարգն անցնում է ինքնաբերաբար կայուն տատանումների ռեժիմի. գնդիկները սկսում են ռիթմիկ կերպով շարժվել առաջ և հետ՝ հստակ պարբերությամբ, և այդ տատանումները կարող են տևել ժամեր՝ առանց որևէ արտաքին «խթանման»։

Ամենապարզ և նվազագույն ժամանակի բյուրեղը

«Ժամանակի բյուրեղները թվում են էկզոտիկ և չափազանց բարդ։ Սակայն մեր համակարգը զարմանալի է իր պարզությամբ», — նշել է Դեյվիդ Գրիերը։

Ըստ էության, սա հավանաբար պատմության մեջ ամենափոքր ժամանակի բյուրեղն է՝ ընդամենը երկու մասնիկ։ Կրիոգենիկայի, գերհաղորդականության կամ լազերային սառեցման կարիք չկա։ Ամեն ինչ տեղի է ունենում սենյակային ջերմաստիճանում, սովորական բարձրախոսների և էժան փրփրապլաստի օգնությամբ։

Հեղինակներն ընդգծում են, որ թեև բացահայտումն առայժմ չունի ուղղակի գործնական կիրառություն, այն տալիս է հարմար մակրոսկոպիկ մոդել՝ նման երևույթների ուսումնասիրման համար։

Կարճ ասած

Նյու Յորքի համալսարանի ֆիզիկոսները ստեղծել են դասական ժամանակի բյուրեղ՝ ձայնային դաշտում լևիտացիայի ենթարկվող փրփրապլաստե երկու գնդիկներից։ Փոքր անհամաչափության պատճառով մասնիկները ինքնաբերաբար սկսում են կայուն պարբերական տատանումներ՝ առանց արտաքին ազդեցության։ Սա ժամանակի բյուրեղի ամենապարզ և էժան օրինակն է, որը նախկինում համարվում էր զուտ քվանտային երևույթ։