PROYECTO HUMANO

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    Investigadores proponen la forma de realizar Los Cristales del Tiempo (fisicos)

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    Investigadores proponen la forma de realizar Los Cristales del Tiempo (fisicos)

    Mensaje por flipe82 el Vie Ene 11, 2013 7:11 am

    http://physics.aps.org/assets/ae1b67956c3e0a9e
    La Figura 1 (a) Un cristal de tiempo tiene estructuras periódicas en el espacio y el tiempo. Partículas dispuestas en un patrón periódico en el espacio rotar en una dirección, incluso en el estado de energía más baja, la determinación de la periodicidad en el tiempo. (B) Una realización experimental de un cristal de tiempo propuesto por Li et al. utiliza iones ultrafríos confinados en un potencial de captura en forma de anillo. Los iones forman una estructura periódica en el espacio y, bajo un campo magnético débil, se mueven a lo largo del anillo, creando un cristal tiempo.
    Punto de vista: Cristales del Tiempo

    Jakub Zakrzewski , Marian Smoluchowski Instituto de Física de la Universidad de Jagiellonian, 30-059 Cracovia, Polonia
    Publicado el 15 de octubre 2012 | Física 5 , 116 (2012) | Doi: 10.1103/Physics.5.116
    Los investigadores proponen la forma de realizar los cristales del tiempo, las estructuras cuyos estados de menor energía son periódicas en el tiempo y el espacio.

    Ruptura de la simetría espontánea es ubicua en la naturaleza. Se produce cuando el estado fundamental (clásicamente, el estado de menor energía) de un sistema es menos simétrica de las ecuaciones que rigen el sistema. Ejemplos en los que se rompe la simetría en estados excitados son comunes-sólo hay que pensar en las órbitas elípticas de Kepler, que rompen la simetría esférica de la fuerza gravitatoria. Pero ruptura espontánea de la simetría se refiere en cambio a una simetría rota por el estado de menor energía de un sistema. Los ejemplos más conocidos son el bosón de Higgs (debido a la ruptura de simetrías gauge), ferromagnetos y antiferromagnéticos, cristales líquidos, y los superconductores. Aunque la mayoría de los ejemplos proceden del mundo cuántico, ruptura espontánea de la simetría también puede ocurrir en sistemas clásicos [ 1 ].

    Tres artículos en Physical Review Letters investigar una manifestación fascinante de la ruptura espontánea de la simetría: la posibilidad de la realización de los cristales del tiempo, las estructuras cuyos estados de menor energía son periódicas en el tiempo, al igual que los cristales normales son periódicas en el espacio. Alfred Shapere en la Universidad de Kentucky, Lexington, y Frank Wilczek en el Massachusetts Institute of Technology, Cambridge [ 2 ], prevé la demostración teórica de que los cristales clásicos de tiempo pueden existir y, en un documento separado, Wilczek [ 3 ], amplía estas ideas para cuánticos cristales del tiempo. Tongcang Li de la Universidad de California, Berkeley, y sus colaboradores [ 4 ] proponen una realización experimental de los cristales del tiempo cuántica con iones fríos atrapados en un potencial cilíndrica.

    En la naturaleza, la manifestación más común de la ruptura espontánea de la simetría es la existencia de cristales. Aquí simetría traslacional continuo en el espacio se rompe y se sustituye por la simetría del cristal discreto periódico. Como nos hemos acostumbrado a considerar el espacio y el tiempo en igualdad de condiciones, cabe preguntarse si la periodicidad cristalina también puede ocurrir en la dimensión del tiempo. En otras palabras, puede medir el tiempo con cristales-sistemas estados fundamentales de tiempo periódicas que rompen la simetría traslacional tiempo-existe? Esta es precisamente la pregunta formulada por Alfred Shapere y Frank Wilczek.

    ¿Cómo se puede crear un cristal de tiempo? La idea clave de los autores, tanto para el caso clásico y cuántica, es la búsqueda de sistemas que están espacialmente ordenados y se mueven constantemente en su estado fundamental de una manera oscilatoria o de rotación, como se muestra en la figura. 1. En el dominio del tiempo, el sistema periódicamente volverá al estado inicial mismo.

    Consideremos primero el caso clásico. A primera vista, puede parecer imposible encontrar un sistema en el que el estado de menor energía exhibe movimiento periódico: en la mecánica clásica el mínimo de energía se encuentra normalmente en los derivados de fuga de posiciones (velocidades) y los momentos. Sin embargo, Shapere y Wilczek [ 2 ] encontrar una manera matemática de este callejón sin salida. Suponiendo una relación no lineal entre la velocidad y el impulso, muestran que la energía puede convertirse en una función de múltiples valores de impulso con singularidades cúspides, con un mínimo a velocidades diferentes de cero. Si bien esto proporciona una solución matemática para la creación de cristales clásicos de tiempo, los autores llegan a la identificación de los sistemas candidatos. Queda por ver si ese exótico velocidad-momentum relación puede ser diseñado en un sistema real.

    Por una vez, el caso cuántico parece ser más fácil que su contraparte clásica. Un número de familiares fenómenos cuánticos casi hacer el truco, lo que resulta en sistemas que girar u oscilar en su estado más bajo de energía. Wilczek sugiere el ejemplo de un anillo supercoducting, que puede soportar una corriente permanente en su estado fundamental bajo condiciones apropiadas. Una analogía aún más cerca se puede encontrar en un láser de onda continua. Ruptura espontánea de simetría hace que la amplitud del campo eléctrico oscilan en el tiempo con una fase bien definida [ 5 ], casi la creación de un cristal fotónico tiempo. Sin embargo, en estos sistemas, tan cerca de ser cuántico cristales, un elemento clave que falta:. Superconductor persiste la actual y la intensidad de la luz láser es constante, no variando periódicamente, y la simetría de traslación en el tiempo no se rompe ¿Cómo se puede entonces añadir periodicidad tiempo a un sistema cuántico?

    Wilczek alega que esto se podría hacer en un sistema de partículas cuánticas que se desplazan a lo largo de un anillo mediante la introducción de un mecanismo que los localiza. Si las partículas en movimiento se pueden hacer a pedido del grupo en "grumos", esto naturalmente daría lugar a la periodicidad temporal tales como bultos viajar en un círculo. Considere un anillo lleno con un gran número de bosones con interacciones atractivas entre ellos. Si el sistema está aislado, su estado base es un estado simétrico de densidad constante a lo largo del anillo. Pero tal estado es frágil: cualquier interacción con el medio ambiente o cualquier medición (por ejemplo, la determinación de la posición de una partícula individual) hace que el colapso del sistema en un estado bien localizados a lo largo del anillo, provocando rotura espontánea de simetría en el espacio. Localización de este tipo pueden formar un solitón llamado [ 6 ], una solución de la ecuación de Schrödinger no lineal que describe tal sistema. Wilczek visión es que un campo magnético aplicado, perpendicular al anillo, hará que el solitón para moverse. El movimiento resultante periódica crearía un cristal de tiempo.

    Wilczek no aborda el problema de cómo diseñar tal sistema. Sin embargo, las posibles soluciones simples vienen a la mente. Se podría utilizar frías átomos neutros con atracción mutua débil y explotar láser átomo de interacciones para crear fuerzas que imitan a un campo magnético. Tal esquema para crear un campo magnético artificial eficaz ha sido ya realizado en el laboratorio [ 7 ]. Una posibilidad aún más fácil es agitar un conjunto atómico mientras se enfría hacia Bose-Einstein de manera adecuada en forma de anillo trampa. De hecho, un rayo láser agitación se utilizó anteriormente para crear vórtices en un condensado a cabo en una trampa magnética [ 8 ]. Aquí, el láser agitación sería introducir una rotación en el sistema, conduciendo el movimiento de solitón.

    El artículo de Li et al. [ 4 ] proporciona la descripción detallada de un experimento que parece ser factible. El sistema se basa en iones de berilio atrapados en un potencial en forma de anillo a temperaturas nanokelvin. Como consecuencia de la repulsión de Coulomb mutuo, los iones de organizar periódicamente en el espacio, formando un anillo de cristal. Geometrías similares ya han sido demostrados por el grupo de David Wineland [ 9 ]. Li y colaboradores muestran que la adición de un campo magnético perpendicular al anillo débil daría lugar a la rotación de la estructura de anillo de cristal espacialmente periódico, creando así un cristal de tiempo. De manera similar a modelo Wilczek, la ruptura espontánea de simetría del grado de libertad de rotación, a través del movimiento circular, se traduce en la rotura de invariante en el tiempo de traslación.

    Cristales del tiempo puede sonar peligrosamente cerca de una máquina de movimiento perpetuo, pero vale la pena subrayar una diferencia fundamental: mientras que los cristales del tiempo en realidad se mueven periódicamente en un bucle eterno, la rotación se produce en el estado fundamental, sin trabajo que se lleva a cabo ni ninguna energía útil siendo extraída del sistema. Encontrar los cristales del tiempo no equivaldría a una violación de los principios bien establecidos de la termodinámica. Si pueden ser creados, los cristales del tiempo puede tener aplicaciones interesantes, a partir de cronometraje preciso para la simulación de estados fundamentales en los esquemas de computación cuántica. Pero puede ser mucho más que dispositivos avanzados. ¿Podría la evolución cíclica del universo postulada ser visto como una manifestación de la ruptura espontánea de la simetría similar a la de un cristal de tiempo? Si es así, que es el observador inductor por una medición-la ruptura de la simetría de tiempo?
    Sobre el autor: Jakub Zakrzewski


    Jakub Zakrzewski es Profesor Titular y Jefe del Departamento de Óptica Atómica en el Instituto Marian Smoluchowski de Física de la Universidad Jagiellonian en Cracovia, Polonia. También dirige QuantLab en el Centro de Investigación de Mark Kac Complex Systems. A través de los años su investigación se ha explorado de óptica cuántica, láser teoría, caos cuántico en sistemas atómicos, y los gases fríos en redes ópticas, especialmente en la presencia del trastorno. Trabajó en la Universidad del Sur de California, Los Angeles, y pasó varios años en el Laboratorio Kastler Brossel de la Escuela Normal Superior y en la Universidad de París 6. Para más información visite http://chaos.if.uj.edu.pl/ ~ kuba http://physics.aps.org/articles/v5/116

    FranciscoBU
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    Re: Investigadores proponen la forma de realizar Los Cristales del Tiempo (fisicos)

    Mensaje por FranciscoBU el Vie Ene 11, 2013 8:39 pm

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