Doğa, Dünya’nın yörüngesiyle mevsimleri, sarkacın salınımıyla saati belirleyen sayısız ritim üretir ve bunlar çoğu zaman basit denklemlerle açıklanır. Ancak bir de tamamen kendiliğinden, dış etken olmadan, çok sayıda parçacığın karmaşık etkileşimlerinden doğan ritimler vardır: zaman kristalleri. Düzensiz görünen bir durumdan zaman içinde tekrar eden bir örüntünün belirmesi, kuantum fiziğinde son on yılın en merak edilen olgularından biri olarak öne çıkıyor.
SİMETRİYİ ZAMANDA KIRMAK
Bir sıvı donduğunda, parçacıklar uzayda simetri kırarak kristal örgüye yerleşir. Benzer bir kırılma zaman ekseninde de mümkün mü sorusu, teorik ve deneysel çalışmaları tetikledi. TU Wien (Viyana Teknik Üniversitesi) Teorik Fizik Enstitüsü’nden Prof. Thomas Pohl’un grubunda doktora araştırmasını yürüten Felix Russo’nun da yer aldığı ekip, dışarıdan periyodik ‘vuruş’ olmaksızın ritim kazanan sistemlerin (yani zaman kristallerinin) varsayılandan daha geniş koşullarda ortaya çıkabileceğini gösterdi.
KORELASYONLARLA GELEN DENGE
Şimdiye dek, kuantum gazları gibi ortalama alan yaklaşımlarıyla iyi tasvir edilen ‘özel’ sistemlerde zaman kristali oluşumunun mümkün olduğu düşünülüyordu. TU Wien ekibi ise daha önce engelleyici sayılan parçacıklar arası kuantum korelasyonlarının, aksine zaman-kristal fazlarını stabilize edebildiğini ortaya koydu. Tek tek parçacık ölçeğinde açıklanamayan bu kolektif dinamik, söndürülmüş bir mumdan yükselen dumanın kimi zaman düzenli halka dizileri üretmesine benzer bir kendiliğinden örüntü doğuruyor.
İKİ BOYUTLU KAFES DİNAMİĞİ
Araştırmacılar, lazer ışınlarıyla hapsolmuş iki boyutlu bir parçacık kafesini modelleyerek, parçacıklar arasındaki kuantum etkileşimlerinin kafes durumunda zamanla salınımlara yol açtığını gösterdi. Böylece, dış sürüşe gerek kalmadan, sistemin iç korelasyonları üzerinden zamansal periyodiklik doğabileceği kanıtlandı. Bulgular, zaman kristallerinin yalnızca belirli “nazik” rejimlere özgü olmadığı, daha zengin çok-cisimli kuantum ortamlarında da mümkün olduğu fikrini güçlendiriyor.
TEKNOLOJİYE YANSIMALAR
Çalışma, çok parçacıklı kuantum sistemlerinin temel fiziğine yeni bir perspektif sunarken, yüksek hassasiyetli kuantum ölçüm teknikleri ve kuantum teknolojileri için de işaret fişeği niteliğinde. Korelasyonların ritmi kurduğu bu mekanizma; kuantum sensörlerde uzun süreli kararlı osilasyonların elde edilmesi, zamanlama standartlarının geliştirilmesi ve hata-korunumlu kuantum bilgi işleme şemaları gibi uygulama alanlarında yeni yollar açabilir.
YENİ SORULAR, YENİ UFUKLAR
Ekip, korelasyon gücünün, etkileşim menzilinin ve kafes geometrisinin zaman-kristal kararlılığı üzerindeki eşik koşullarını sistematik biçimde haritalamayı hedefliyor. Böylece, doğanın kendiliğinden ritimlerinden esinlenen mühendislik yapılabilir zaman fazlarının, laboratuvardan gerçek dünya kuantum aygıtlarına taşınması için teorik ve deneysel bir çerçeve derinleştirilecek.
