Wetenschappers van de University of Maryland en de University of California-Berkeley hebben met succes iets gecreëerd dat voorheen als theoretisch onmogelijk werd beschouwd.
Dit iets is een keten van ionen, wat de eerste incarnatie is van het zogenaamde ruimte-tijdkristal, een kristal waarvan de structuur bestaat uit elementen die zich niet alleen in de ruimte maar ook in de tijd herhalen. Alleen al het bestaan van dergelijke kristallen is in strijd met enkele van de fundamentele natuurwetten, die een aantal exotische effecten veroorzaken. Een klok die op basis van zo'n kristal is gebouwd, zal bijvoorbeeld zelfs 'tikken' na de thermische dood van het heelal, op het moment dat alle beweging stopt en de tijd, volgens sommige wetenschappers, gewoon stopt.
Terwijl gewone kristallen een kristalrooster hebben dat uit dezelfde wisselende elementen bestaat, is een ruimte-tijdkristal in beweging, dat met regelmatige tussenpozen terugkeert naar een bepaalde vorm. Tegelijkertijd is er geen energie nodig, afkomstig van een externe bron, om de beweging van de elementen van het ruimte-tijdkristal te verzekeren en de structuur ervan te veranderen. De theoretische mogelijkheid om dergelijke kristallen in 2012 te creëren, werd onderbouwd door Frank Wilczek, een fysicus aan het Massachusetts Institute of Technology, hoewel de meeste andere wetenschappers deze mogelijkheid hebben ontkend en nog steeds ontkennen.
Het door wetenschappers gecreëerde tijdkristal is een kwantumringsysteem dat bestaat uit ytterbiumatomen die in twee richtingen kunnen draaien, omhoog of omlaag. Met behulp van laserlicht bepaalden de wetenschappers de draairichting van de ionen in een van de helften van de cirkelvormige ketting. In het gecreëerde kwantumsysteem heeft de rotatie van elk een effect op naburige ionen, en een dergelijk effect heeft ertoe geleid dat de "omgekeerde" ionen, die in de meeste gevallen een volledige cirkel zijn gepasseerd, terugkeren naar hun oorspronkelijke staat. Tegelijkertijd is de tijd om terug te keren naar de begintoestand precies twee keer de tijd die het ion besteedt om het pad af te leggen vanaf het voorwaardelijke begin van de cirkel tot het punt van zijn "kantelen".
Wetenschappers hebben ontdekt dat ionen altijd met dezelfde snelheid terugkeren naar de oorspronkelijke oriëntatie van hun rotatierichting, die niet afhankelijk is van het moment in de tijd en het punt in de ruimte. Dit geeft op zijn beurt weer aan dat het kwantumsysteem op een strikt gedefinieerde manier reageert op "verstoringen" in zijn toestand. En dit alles doet sterk denken aan het gedrag van atomen in het kristalrooster van een kristal, die onder invloed van buitenaf van hun plaats worden verplaatst.
De creatie van het eerste monster van een ruimte-tijdkristal is van groot belang voor de natuurkunde vanwege het feit dat het bestaan van een dergelijk kristal een fundamenteel fysisch concept, symmetrie, schendt. En verder onderzoek in deze richting kan leiden tot de identificatie van enkele volledig nieuwe wetten van de fysica en kwantummechanica, op basis waarvan het mogelijk zal zijn om technologieën te creëren die nu kunnen worden beschouwd als iets uit de categorie van sciencefiction.
