So bauen Sie einen Raum-Zeit-Kristall

Vor ein paar Monaten haben wir uns mit dem Begriff der Zeitkristalle befasst, einer Idee des Physik-Nobelpreisträgers Frank Wilczek und seines Kumpels Al Shapere.

Diese Jungs untersuchten die grundlegenden Eigenschaften gewöhnlicher räumlicher Kristalle und fragten, warum ähnliche Objekte nicht stattdessen in der Dimension der Zeit existieren könnten.

Eine der grundlegenden Eigenschaften räumlicher Kristalle besteht darin, dass sie sich bilden, wenn ein System in seinen niedrigsten Energiezustand fällt. Sie sind nicht das Ergebnis, einem System Energie zuzuführen, sondern sie wegzunehmen. Alles davon.



Eine weitere grundlegende Eigenschaft ist, dass, wenn diese Objekte ihre niedrigste Energiekonfiguration erreichen, ihre Symmetrie zusammenbricht. Anstatt in allen Richtungen gleich zu sein, wie die Gesetze der Physik, werden diese Objekte nur in wenigen Richtungen gleich. Es ist diese Symmetriebrechung und die dadurch erzeugte periodische Struktur, die Kristalle definiert.

Wilczek und Shapere argumentierten überzeugend, dass es keinen Grund gibt, warum nicht ähnliche periodische Strukturen in der Zeit existieren könnten. Und sie sagten, dass sie Physikern einen neuen Weg geben würden, den Prozess der Symmetriebrechung und die dahinter liegenden physikalischen Gesetze zu studieren.

Es gab jedoch nur ein Problem. Diese Jungs hatten nicht herausgefunden, wie man einen Zeitkristall baut.

Das ändert sich heute mit der Arbeit von Tongcang Li von der University of California, Berkeley und einigen Freunden, die sagen, dass sie herausgefunden haben, wie es geht. Diese Jungs sagen, dass sie wissen, wie man ein Objekt in seinem niedrigsten Energiezustand erzeugt, das sowohl in Raum als auch in Zeit eine periodische Struktur aufweist – einen Raum-Zeit-Kristall.

Ihre Idee ist bemerkenswert einfach. Ihr Raum-Zeit-Kristall besteht aus einer Wolke von Beryllium-Ionen, die in einem kreisförmigen elektromagnetischen Feld gefangen ist. Die Ionen stoßen sich auf natürliche Weise gegenseitig ab und bilden so spontan einen Kreis. Das ist eine Art räumlicher Ionenkristall, mit dem Physiker seit Jahren spielen.

Wenn Wilczek und Shapere jedoch recht haben, müsste sich dieser Ionenring drehen, auch wenn er fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt ist. Ein solcher rotierender Ring ist sowohl räumlich als auch zeitlich periodisch und wird so zu einem Raum-Zeit-Kristall.

Die Idee eines permanent rotierenden Rings könnte unangenehme Parallelen zu einem Perpetuum Mobile haben. Aber ein Raum-Zeit-Kristall verstößt gegen keine physikalischen Gesetze. Das liegt daran, dass es in seinem niedrigsten Energiezustand existiert und daher keine Arbeit verrichten kann – Energie kann diesem System nicht entnommen werden, obwohl es sich bewegt.

Das ist mehr als reine Neugier. Ein Grund, warum Raum-Zeit-Kristalle interessant sind, ist, dass ihre Periodizität in der Zeit sie zu natürlichen Uhren macht. Es sollte also viele Leute mit mehr als einem Vorbeigehen geben, die daran interessiert sind, einen zu machen.

Und das sollte eher früher als später sein. Der Raum-Zeit-Kristall von Tongcang und Co sollte jetzt mit Hilfe modernster Ionenfallen hergestellt werden können. Sie werden nicht wollen, dass ihnen jemand einen Marsch stiehlt, also besteht eine gute Chance, dass Tongcang und Co. jetzt einen bauen. Vielleicht haben sie jetzt einen Raum-Zeit-Kristall in ihrem Labor.

Wenn dies der Fall ist, sollten wir in den kommenden Tagen und Wochen die Details zum ersten Raum-Zeit-Kristall lesen.

Ref: arxiv.org/abs/1206.4772 : Raum-Zeit-Kristalle von gefangenen Tonnen

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