Ερευνητές κατασκεύασαν για πρώτη φορά ορατούς χρονοκρυστάλλους! Ποια η σημασία τους

Η λέξη χρονοκρύσταλλος ακούγεται σαν να έχει βγει από μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας. Κι όμως, μια ερευνητική ομάδα από το University of Colorado Boulder κατάφερε να δημιουργήσει για πρώτη φορά έναν τέτοιο κρύσταλλο που μπορούμε πραγματικά να δούμε. Η ανακάλυψη αυτή βασίζεται στη χρήση υγρών κρυστάλλων, δηλαδή των ίδιων υλικών που βρίσκονται στις οθόνες μας, οι οποίοι, όταν φωτίζονται, σχηματίζουν αέναα μοτίβα που θυμίζουν πολύχρωμες ταινίες χωρίς τέλος.

Από τη θεωρία του Wilczek στην πράξη

Η ιδέα των χρονοκρυστάλλων διατυπώθηκε το 2012 από τον νομπελίστα Frank Wilczek. Ενώ οι κλασικοί κρύσταλλοι, όπως τα διαμάντια ή το αλάτι, σχηματίζουν συμμετρικά πλέγματα στο χώρο, ο Wilczek αναρωτήθηκε αν θα μπορούσαν να υπάρξουν κρύσταλλοι που οργανώνονται όχι στον χώρο αλλά στον χρόνο, επαναλαμβάνοντας κινήσεις χωρίς ποτέ να σταματούν. Αν και το αρχικό θεωρητικό μοντέλο αποδείχθηκε ανέφικτο, τα τελευταία χρόνια επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν φάσεις ύλης που πλησιάζουν σε αυτό το φαινόμενο.

Το 2021, για παράδειγμα, μια ομάδα φυσικών αξιοποίησε τον κβαντικό υπολογιστή Sycamore της Google για να παρατηρήσει επαναλαμβανόμενες ταλαντώσεις σε δίκτυα ατόμων, όταν αυτά δέχονταν παλμούς φωτός. Όμως όλα αυτά γίνονταν σε μικροσκοπική κλίμακα, μακριά από το πεδίο της άμεσης παρατήρησης.

Το πείραμα στο Boulder

Οι Hanqing Zhao και Ivan Smalyukh αποφάσισαν να προσεγγίσουν το ζήτημα διαφορετικά. Δημιούργησαν κυψέλες από γυαλί γεμισμένες με ραβδόμορφους υγρούς κρυστάλλους, υλικά που συνδυάζουν ιδιότητες υγρού και στερεού. Υπό ειδικές συνθήκες, όταν δέχονταν φως, οι κρύσταλλοι αυτοί άρχιζαν να περιστρέφονται και να σχηματίζουν μοτίβα που επαναλαμβάνονταν αδιάκοπα.

Στο μικροσκόπιο, το αποτέλεσμα θύμιζε ψυχεδελικές ρίγες τίγρης που «χορεύουν» χωρίς να σταματούν. Το εντυπωσιακό είναι ότι τα μοτίβα αυτά μπορούσαν να διατηρηθούν για ώρες, λειτουργώντας σαν ένα είδος φυσικού ρολογιού που ποτέ δεν χάνει τον ρυθμό του.

Όπως σχολίασε ο Smalyukh:

Το μόνο που χρειάζεται είναι να ρίξεις φως. Από το τίποτα γεννιέται ένας ολόκληρος κόσμος χρονοκρυστάλλων.

Οι χρονοκρύσταλλοι ως νέες μορφές ύλης

Για να κατανοήσει κανείς τη σημασία τους, αρκεί να φανταστεί κρυστάλλους όχι ως σταθερές δομές, αλλά ως μορφές ύλης που κινούνται σε αέναους κύκλους. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι υγροί κρύσταλλοι, όταν πιέζονταν με τον κατάλληλο τρόπο, δημιουργούσαν «στρεβλώσεις» ή «κόμπους». Αυτά τα σημεία συμπεριφέρονταν σαν σωματίδια που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας περίπλοκες αλληλουχίες κινήσεων.

Η διαδικασία αυτή παρέμεινε σταθερή ακόμη και όταν η ομάδα άλλαζε τη θερμοκρασία των δειγμάτων, γεγονός που δείχνει ότι τα μοτίβα δεν είναι εύκολο να διαταραχθούν. Πρόκειται για ένα από τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά των χρονοκρυστάλλων, καθώς υποδηλώνει ανθεκτικότητα και σταθερότητα που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν τεχνολογικά.

Από την επιστήμη στη χρήση

Οι πιθανές εφαρμογές είναι εντυπωσιακές. Μια πρώτη ιδέα είναι η αξιοποίησή τους στην προστασία νομισμάτων από παραχάραξη: θα μπορούσε κανείς να τοποθετήσει ένα τέτοιο «χρονο-υδατογράφημα» σε χαρτονομίσματα, ώστε με ένα απλό φως να εμφανίζονται μοναδικά μοτίβα που δεν αντιγράφονται εύκολα.

Εξίσου συναρπαστική είναι η πιθανότητα χρήσης τους για αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων. Συνδυάζοντας πολλούς διαφορετικούς χρονοκρυστάλλους, οι μηχανικοί θα μπορούσαν να δημιουργήσουν πολύπλοκα μοτίβα που λειτουργούν σαν κώδικες, αυξάνοντας τις δυνατότητες αποθήκευσης σε σχέση με τις σημερινές τεχνολογίες.

[via]