დროის ზუსტად განსაზღვრა იმაზე რთულია, ვიდრე ერთი შეხედვით ჩანს. მსოფლიოში საუკეთესო საათები, რომლებსაც GPS ნავიგაციისთვის, სატელიტური კომუნიკაციისა და ფუნდამენტურ ფიზიკაში ექსპერიმენტების ჩასატარებლად იყენებენ, უკიდურესად ფრთხილად მართულ ატომებსა და ლაზერებზეა დამოკიდებული.

ეს საათები საკმაოდ ზუსტია, თუმცა ძალიან ბევრ ენერგიას მოიხმარს და სპეციალიზებული ლაბორატორიების გარეთ მათი მართვა ძალიან რთულია.

ახალი მათემატიკური კვლევის თანახმად, დროის კრისტალებით დრო შეიძლება უფრო სტაბილურად და მარტივად გავზომოთ, განსაკუთრებით თუ უკიდურესად მოკლე ინტერვალების გაზომვა გვინდა.

"კვანტური დროის კრისტალები კვანტური საათებია, რომლებიც დროის თარგმნის სიმეტრიის სპონტანური დარღვევის შედეგად უკეთ მუშაობს", — აღნიშნავენ კვლევის ავტორები. დროის თარგმნის სიმეტრია იმას გამოხატავს, რომ ფიზიკის კანონები დროსთან ერთად არ იცვლება.

სანამ ახალ ნაშრომს გავეცნობით, უმჯობესი იქნება ის გავიგოთ, თუ როგორ მუშაობს დღესდღეობით საუკეთესო საათები.

თანამედროვე ოპტიკური ატომური საათები ლაზერის დახმარებით ატომებს ან იონებს უკიდურესად დაბალ ტემპერატურამდე აცივებს. ამის შემდეგ ლაზერი ატომებში არსებულ ელექტრონებს აღაგზნებს, ე.ი. უფრო მაღალ ენერგიაზე აჰყავს. ამ პროცესში ელექტრონები ძალიან სპეციფიკური სიხშირის სინათლეს ასხივებს.

აღნიშნული ოპტიკური სიხშირეები უკიდურესად სტაბილურია და თანაც ბევრად უფრო მაღალი, ვიდრე ძველ ატომურ საათებში გამოყენებული მიკროტალღური სიგნალები. ეს სიხშირეები დროის უფრო ზუსტად გაზომვის საშუალებას გვაძლევს, თუმცა ამ მიდგომასთან ერთად გარკვეული პრობლემაც ჩნდება.

ასევე იხილეთ: შექმნეს ახალი ტიპის დროის კრისტალი, რომელიც დროისა და მოძრაობის ტრადიციულ აღქმას ეწინააღმდეგება

ასეთ სისტემებს მუდმივი მართვა, მძლავრი ლაზერები და გარემოსგან იზოლაცია სჭირდება. შესაბამისად, სტაბილურობის ამ დონის შენარჩუნება ტექნიკურად რთულია და ბევრ ენერგიას მოითხოვს.

სწორედ აქ შემოდის სურათში დროის კრისტალი. ფიზიკაში კრისტალი ნებისმიერი სისტემაა, რომელსაც სივრცეში გარკვეული განმეორებითი კანონზომიერება ახასიათებს, მაგალითად, ატომების მოწესრიგებული განლაგება ალმასში. ხოლო დროის კრისტალის კანონზომიერებები არა სივრცეში, არამედ დროში მეორდება.

დროის კრისტალის ექსპერიმენტული დემონსტრაცია პირველად 2016 წელს ჩატარდა. ეს ფენომენი მეცნიერებისთვის განსაკუთრებით საინტერესო იმიტომაა, რომ მისი მოძრაობა თითქოს სისტემის შიდა ურთიერთქმედებებიდანვე ჩნდება.

კვლევის ავტორებმა გადაწყვიტეს დაედგინათ, რამდენად პირნათლად შეასრულებდა დროის კრისტალის რიტმული ოსცილაციები საათის ფუნქციას. აღნიშნულის შესამოწმებლად 100 კვანტური ნაწილაკის შემცველი სისტემის მათემატიკური მოდელი ააგეს. თითოეული ნაწილაკი სპინის 2 შესაძლო მდგომარეობაში შეიძლებოდა ყოფილიყო: მაღლა ან დაბლა. იმის მიუხედავად, რომ სპინის მხოლოდ 2 მდგომარეობა გვაქვს, 100 ნაწილაკისთვის ეს მაინც განლაგებათა უზარმაზარ შესაძლო რაოდენობას წარმოადგენს.

ასევე იხილეთ: ისტორიაში პირველად, ფიზიკოსებმა დროის ხილვადი კრისტალი შექმნეს

მკვლევრებმა აღნიშნული მდგომარეობების დროში განვითარებას მიადევნეს თვალი. მათ სისტემის 2 სხვადასხვა მოქმედების ფაზა გააანალიზეს. ერთი ჩვეულებრივი ფაზაა, რომელშიც კოლექტიური სპინები მხოლოდ მაშინ იწყებს ოსცილაციას, თუ გარედან ლაზერული ველი ხვდება. ამის შემდეგ კრისტალური ფაზა დადგა. ეს ქცევის განმეორებით კანონზომიერებას გულისხმობს, რომელიც თავისით წარმოიშობა, გარეგანი აღგზნების გარეშე.

საბოლოოდ გუნდმა შეაფასა, თუ რამდენად ზუსტად გაიზომა დრო თითოეულ ფაზაში. მეცნიერებმა გასაზომი დროის ინტერვალი თანდათან უფრო შეამცირეს. ინტერვალის დამოკლებასთან ერთად ჩვეულებრივ ფაზაში პირვანდელი სიზუსტე მალევე დაიკარგა. ხოლო კრისტალური ფაზის სიზუსტე ნაკლებად შემცირდა. ამას მასში წარმოქმნილ რიტმულ ოსცილაციებს უნდა ვუმადლოდეთ.

უნდა აღვნიშნოთ, რომ მიღებული შედეგები მხოლოდ თეორიულია. დროის კრისტალით მომუშავე საათის შექმნისთვის ტექნოლოგიური პროგრესის ის დონეა აუცილებელი, რომლისთვისაც ჯერ არ მიგვიღწევია.

მიუხედავად ამისა, ახალ ნაშრომში მტკიცე მათემატიკური საფუძვლებია წარმოდგენილი საიმისოდ, რომ დროის კრისტალი ერთ დღეს შეიძლება კვანტური საათის ახალი ტიპი გახდეს. თუ ეს ყველაფერი ექსპერიმენტულად რეალიზდება, ეს საათები მრავალ ტექნოლოგიაზე მოახდენს გავლენას, მაგალითად, საკომუნიკაციო ან სანავიგაციო საშუალებებზე.

კვლევა გამოცემაში Physical Review Letters გამოქვეყნდა.