Wetenschappers hebben een nieuwe vorm van tijdkristal ontdekt – een ‘time rondeau’ genoemd – die het conventionele begrip van de temporele orde uitdaagt. Dit kristal vertoont een unieke mix van orde en chaos, oscillerend in een patroon dat zich herhaalt over langere tijdschalen, ondanks onvoorspelbaarheid op de korte termijn. De ontdekking opent nieuwe wegen voor het onderzoeken van de fundamentele aard van tijd en het vermogen van materie om de temporele structuur te behouden.
Voorbij traditionele tijdkristallen
Tijdkristallen, voor het eerst getheoretiseerd in 2012 en waargenomen in 2016, zijn materialen waarvan de atomen oscilleren in zich herhalende patronen zonder dat externe energie-input nodig is. In tegenstelling tot gewone kristallen met zich herhalende ruimtelijke arrangementen vertonen tijdkristallen periodiciteit in de tijd zelf. De nieuw ontdekte tijdrondeau gaat verder met dit concept.
In plaats van een strikte herhaling doorloopt dit kristal perioden van orde en wanorde. Dit is analoog aan een muzikaal rondeau, een compositie die afwisselt tussen een terugkerend thema en contrasterende variaties. Zoals de onderzoekers opmerkten, lijkt het patroon op Mozarts “Rondo alla Turca”, vandaar de naam.
Orde binnen chaos
De experimentele opzet omvatte het manipuleren van defecten op atomaire schaal, met name stikstofvacaturecentra, binnen een diamantrooster. Door nauwkeurig getimede laserpulsen toe te passen, hyperpolariseerden wetenschappers koolstof-13-kernen en stuurden hun spins door een mix van periodieke en willekeurige reeksen.
De belangrijkste bevinding was dat, ondanks kortetermijnstoornissen binnen elke pulscyclus, de algemene toestand van het kristal zich aan het begin van elke nieuwe cyclus herhaalde. Dit gedrag is vergelijkbaar met stroboscooplicht dat een herhalend patroon in een draaiend wiel vastlegt: individuele frames kunnen chaotisch lijken, maar de algehele beweging is voorspelbaar.
Informatie op tijd coderen
Om de bestuurbaarheid aan te tonen, codeerden de onderzoekers zelfs tekst in de timing van de laserpulsen, met behulp van het standaard ASCII-formaat. Het bericht luidde: “Experimentele observatie van een tijdrondeau-kristal. Tijdelijke stoornis in spatiotemporele volgorde.”
Hoewel dit geen onmiddellijke praktische toepassing heeft, suggereert het dat de temporele orde kan worden gemanipuleerd om informatie over te dragen.
Implicaties voor de fundamentele natuurkunde
De ontdekking van het tijdrondeau-kristal breidt ons begrip van de temporele orde uit tot voorbij de strikte periodiciteit. Het langdurig en stabiel naast elkaar bestaan van lange-afstands-temporele orde en micro-bewegingsstoornissen op korte tijdschalen suggereert dat materie structuur in de tijd kan behouden, zelfs als het wordt blootgesteld aan chaotische krachten.
Dit onderzoek opent nieuwe wegen voor het onderzoeken van de fundamentele aard van tijd en het vermogen van materie om de temporele structuur te behouden, wat mogelijk kan leiden tot doorbraken in de kwantumfysica en de materiaalkunde.
Het vermogen om de temporele orde te controleren en te manipuleren zou verstrekkende gevolgen kunnen hebben, ook al blijven praktische toepassingen ver weg. Het Time Rondeau-kristal vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van het benutten van de kracht van de tijd zelf
