Aikakiteet ovat ikiliikkujia – Aallon tutkijat loivat vuorovaikuttavan parin

Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa on onnistuttu luomaan kaksi aikakidettä ja saattamaan ne keskinäiseen vuorovaikutukseen.

Tutkijat jäähdyttivät kokeessa helium-3-supranestettä kymmenestuhannesosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä eli lämpötilaan –273,15 celsiusastetta.

Sen jälkeen he loivat aikakiteet nesteen sisällä.

Aikakiteiden vuorovaikutuksen ja ominaisuuksien tarkkailu oli mahdollista, koska toisin kuin muilla kvantti-ilmiöillä niillä on pitkä, jopa muutamien minuuttien elinaika.

Kiteet muodostivat kokeessa kvanttimekaanisen kaksitasojärjestelmän eli kahden kvanttitilan yhdistelmän, joka voi olla osittain kummassakin tilassa samaan aikaan.

Tutkimuksen tulokset julkaisi Nature Communications -lehti.

Ikuinen liike on mahdollinen niin kauan kuin sitä ei havaita

Tavallisessa kiteessä atomit tai molekyylit ovat järjestäytyneet säännölliseksi kiderakenteeksi. Aikakide taas on hiukkasryhmittymä, joka liikkuu ikuisesti ilman ulkopuolista energiaa.

Tietyin väliajoin aikakide palaa samaan tilaan. Sen säännöllisyys ilmenee siis ajallisesti eikä paikassa.

Kiteiden olemassaolon osoitti teoreettisesti fysiikan nobelisti Frank Wilczek vuonna 2012. Kokeellinen varmistus saatiin vuonna 2016.

”Kaikki tietävät, että ikiliikkujat ovat mahdottomia. Kvanttifysiikassa ikuinen liike on kuitenkin mahdollista, joskin vain niin kauan, kun sitä ei havaita”, sanoo tutkimusartikkelin ensimmäinen kirjoittaja Samuli Autti.

Autti toimii tällä hetkellä tutkijana Lancasterin yliopistossa.

”Kytkemällä hiukkaset ympäristöönsä vain heikosti onnistuimme luomaan jopa kaksi aikakidettä ja asettamaan ne vuorovaikutukseen keskenään.”

Voivat sopia tulevaisuuden kvanttilaitteisiin

Aallossa luoduilla aikakiteillä on se ero, että toisen taajuus muuttuu ajassa, toisen ei.

”Kokeessa nämä taajuudet saatiin risteämään mitattavalla alueella. Sillä hetkellä, kun aikakiteiden taajuudet ovat keskenään likimain samat, aikakiteet vuorovaikuttavat keskenään ja osa amplitudista siirtyy kiteeltä toiselle”, kuvailee ilmiötä tutkijatohtori Jere Mäkinen.

Toisessa kokeessa vakiona pysyvä aikakide oli alussa ‘tyhjä’ eli sen amplitudi oli nolla. Kun toisen aikakiteen taajuus ristesi tyhjän kiteen taajuuden kanssa, osa amplitudista siirtyi tyhjälle kiteelle, kuten kaksitasosysteemejä kuvaava teoria ennustaa.

Esimerkki kaksitasojärjestelmästä on kvanttitietokoneen kubitti. Siinä missä tavallinen bitti voi saada arvon 0 tai 1, kubitti voi olla molempia samaan aikaan.

Aikakiteitä voisi tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden muistina. Koska kiteitä on luotu myös huoneenlämpötilassa, niitä voisi käyttää huoneenlämmössä toimivissa kvanttilaitteissa.

”Kvanttitietokoneiden lisäksi aikakiteistä voisi olla hyötyä esimerkiksi ajan äärimmäisen tarkassa mittaamisessa”, sanoo Mäkinen mutta muistuttaa, että tutkimus on vasta alussa, joten sovelluskohteita voidaan vain spekuloida.

(Kuva Mikko Raskinen/Aalto) Tutkijat jäähdyttivät helium-3-nestettä kymmenestuhannesosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä ja loivat sitten kaksi aikakidettä nesteen sisällä. Aikakide on aineen olomuoto, jossa hiukkaset liikkuvat ikuisesti toistuvassa rytmissä ilman ulkopuolista energiaa.

Aiheesta aiemmin:

Aikakiteiden vuorovaikutus osoitettiin kokeellisesti


 

Tilaa Kemia-lehti loppuvuodeksi 2022 ja auta Ukrainaa!

Lahjoitamme puolet tilausmaksusta ukrainalaisten auttamiseen Pelastakaa Lapset ry:n kautta.

Katso lisätiedot ja tee tilaus täällä.

Kerro meille mielipiteesi!

 

Anna palautetta

Lisää uutisia