Darganfod crisialau amser newydd

Mae math rhyfedd o fater a elwir yn grisial amser wedi ymddangos yn ddiweddar mewn dau leoliad newydd. Mae gwyddonwyr wedi creu grisial o'r fath mewn ffosffad monoamoniwm, fel yr adroddwyd yn rhifyn mis Mai o Llythyrau Adolygiad Corfforol, ac mae grŵp arall wedi ei greu mewn cyfrwng hylif sy'n cynnwys gronynnau siâp seren, ymddangosodd y cyhoeddiad hwn yn Physical Review.

Yn wahanol i enghreifftiau adnabyddus eraill, grisial amser o ffosffad monoamoniwm, fe'i gwnaed o ddeunydd solet gyda strwythur ffisegol trefnus, h.y. grisial traddodiadol. Mae gweddill y defnyddiau o ba amser y mae crisialau wedi cael eu ffurfio hyd yn hyn wedi cael eu hanhwylder. Creodd gwyddonwyr grisialau amser gyntaf yn 2016. Roedd un ohonyn nhw wedi'i wneud o ddiamwnt gyda diffygion, a'r llall wedi'i wneud gan ddefnyddio cadwyn o ïonau ytterbium.

Mae crisialau cyffredin fel halen a chwarts yn enghreifftiau o grisialau gofodol tri dimensiwn, archebedig. Mae eu hatomau yn ffurfio system ailadrodd sy'n hysbys i wyddonwyr ers degawdau. Mae crisialau amser yn wahanol. Mae eu hatomau yn dirgrynu o bryd i'w gilydd yn gyntaf i un cyfeiriad ac yna i'r cyfeiriad arall, wedi'u cyffroi gan rym magnetig curiadus (cyseiniant). Fe'i gelwir yn "tic'.

Mae'r tic yn y grisial amser wedi'i gynnwys o fewn amlder penodol, er bod gan y corbys sy'n rhyngweithio gyseiniannau gwahanol. Er enghraifft, roedd yr atomau yn y crisialau amser a astudiwyd yn un o arbrofion y llynedd yn cylchdroi ar amlder dim ond hanner amlder curiadau'r maes magnetig sy'n gweithredu arnynt.

Dywed gwyddonwyr y gallai deall crisialau amser arwain at welliannau mewn clociau atomig, gyrosgopau a magnetomedrau, a helpu i greu technoleg cwantwm. Mae Asiantaeth Prosiectau Ymchwil Uwch Amddiffyn yr Unol Daleithiau (DARPA) wedi cyhoeddi cyllid ar gyfer ymchwil i un o ddarganfyddiadau gwyddonol rhyfeddaf y blynyddoedd diwethaf.

- dywedodd pennaeth rhaglen DARPA wrth Gizmodo, Dr Rosa Alehanda Lukashev. Mae manylion yr astudiaethau hyn yn gyfrinachol, meddai. Ni ellir ond dod i'r casgliad bod hon yn genhedlaeth newydd o glociau atomig, yn fwy cyfleus a sefydlog na'r cyfleusterau labordy cymhleth a ddefnyddir ar hyn o bryd. Fel y gwyddoch, defnyddir amseryddion o'r fath mewn llawer o systemau milwrol pwysig, gan gynnwys, er enghraifft, GPS.

Llawryfog Gwobr Nobel Frank Wilczek

Cyn i grisialau amser gael eu darganfod mewn gwirionedd, fe'u cenhedlwyd mewn theori. Fe'i dyfeisiwyd ychydig flynyddoedd yn ôl gan Americanwr, enillydd gwobr Nobel. Frank Wilczek. Yn fyr, ei syniad yw torri cymesuredd, fel sy'n wir gyda thrawsnewidiadau cyfnod. Fodd bynnag, mewn crisialau amser damcaniaethol, byddai cymesuredd yn cael ei dorri nid yn unig mewn tri dimensiwn gofodol, ond hefyd yn y pedwerydd - mewn amser. Yn ôl theori Wilczek, mae gan grisialau tymhorol strwythur ailadroddus nid yn unig yn y gofod ond hefyd mewn amser. Y broblem yw bod hyn yn awgrymu dirgryniad atomau yn y dellt grisial, h.y. symudiad heb gyflenwad pŵeryr hyn a ystyrid gan ffisegwyr yn anmhosibl ac anmhosibl.

Er nad ydym yn gwybod o hyd y crisialau yr oedd y damcaniaethwr enwog eu heisiau, ac mae'n debyg na fydd byth, yn 2016 adeiladodd ffisegwyr ym Mhrifysgol Maryland a Phrifysgol Harvard grisialau amser "amharhaol" (neu arwahanol). Systemau o atomau neu ïonau yw'r rhain sy'n dangos mudiant torfol a chylchol, gan ymddwyn fel cyflwr mater newydd nad oedd yn hysbys o'r blaen, sy'n gallu gwrthsefyll yr aflonyddwch lleiaf.

Er nad yw mor anarferol â'r Proff. Wilczek, mae'r crisialau amser sydd newydd eu darganfod yn ddigon diddorol i ddenu diddordeb milwrol. Ac mae'n ymddangos yn ddigon arwyddocaol.