Only Perception: 物理團隊提出創造真正「時空晶體」的方法

2013-05-02

物理團隊提出創造真正「時空晶體」的方法

Physics team proposes a way to create an actual space-time crystal
http://phys.org/news/2012-07-physics-team-actual-space-time-crystal.html

By Bob Yirka, Jul 09, 2012

(Phys.org) -- 今年（2012）初， MIT 的理論物理學家 Frank Wilczek 提出一個構想，吸引了研究社群的目光。他指出，將第個四維度，時間中的運動（movement in time），加到一晶體的結構上，導致它成為一種像「無限運作的時鐘」那樣的東西，應該有可能建構出所謂的「時空晶體（space-time crystal）」。不過，Wilczek 承認，就如何辦到這件事而言，他的點子不夠美妙。現在，另外一個由 Tongcang Li 所領導的跨國團隊提出了一種方法，要以一種更加優雅的過程來達成 Wilczek 的提議。他們貼出一篇預印版論文到 arXiv 伺服器上，描述一種他們認為可創造出真正時空晶體的真實世界過程，可以想見，那在未來幾年內就可以完成。

Wilczek 認為建構出某種時空晶體應該是可能的，因為在低溫下，結晶體天生就會自行排列，而超導體也在非常低的溫度下運作。可以想見，在這種晶體中的原子能夠移動與旋轉，接著自然地、不斷地回到它們的自然態（natural state），這樣假設似乎很合理，晶體會慣於這麼做，因為它們會尋找最低能量態。他想像一種環狀的離子旋轉，這些離子並非成為某種串流，而是各自流動，可以把那想成一隻老鼠在一條蛇裡面跑，而蛇躺成一圈。流動的是老鼠，而不是蛇本身在打轉，而且這樣的流動會一直持續下去，有可能到永遠。問題是，他無法指出這樣一種晶體結構如何在真實世界中被創造出來。

採用 Wilczek 原本的點子，而非他用來創造出一個真實世界例子的方法，Li 等人提出，要創造出一個時空晶體，所需要的只是一個更好的離子阱。他們相信，如果可利用這樣的阱，迫使離子在非常低的溫度下形成這樣的環狀物，身為一種超導體，所需要的只是來自一個微小磁場的輕推，使離子開始旋轉成一個環狀物。因為那裡沒有阻力，且因為它們自然的相互排斥，這個環狀物應當能在沒有額外能量注入的情況下永遠地旋轉下去，導致 Wilczek 所想像的時空晶體。

這個團隊很快地指出，對那些喜歡跳躍性思考的人來說，這結果並非傳說中的永動機（perpetual motion machine），因為無法從時空晶體中取出任何能量。他們確信要建造一個真正的時空晶體應該是有可能的，只要在不久的將來，該團隊有足夠的資金來克服創造更好離子阱時所遇到的困難。

※ 相關報導：

＊ Space-time crystals of trapped ions
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.109.163001
http://arxiv.org/abs/1206.4772

Tongcang Li, Zhe-Xuan Gong, Zhang-Qi Yin, H. T. Quan,
Xiaobo Yin, Peng Zhang, L.-M. Duan, Xiang Zhang.
Phys. Rev. Lett. 109, 163001 (2012) [5 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.109.163001
arXiv:1206.4772 [quant-ph]