Naučnici koji eksperimentišu sa nekim od najosnovnijih zakona fizike pronašli su više dokaza za ono što nazivaju fotonskim vremenskim kristalima (PTCs): materijali u kojima brzina kojom se svetlost kreće (indeks prelamanja) veoma brzo oscilira.
Već znamo mnogo više o fotonskim kristalima, gde ponavljajući obrazac u materijalu stvara pomeranje indeksa prelamanja u oblasti prostora; to možete videti u svetlucanju krila insekata ili dragocenih minerala. Kod PTC-a se takođe uvodi element promene tokom vremena.
Ovde su istraživači obučavali lasere na dva materijala poznata kao providni provodljivi oksidi, koji omogućavaju da svetlost prođe, a istovremeno provode električnu energiju. Koristili su lasere da brzo promene indeks prelamanja za periode kraće od 10 femtosekundi (to je 10 kvadriliontinih delova sekunde).
Istraživači su primetili značajne promene u frekvenciji svetlosti i u vremenu relaksacije svetlosti (vreme potrebno da se indeks prelamanja vrati u normalu), u zavisnosti od debljine materijala i brzine kojom je indeks prelamanja promenjen.
„Elektronima koji su uzbuđeni na visoku energiju u kristalima generalno treba više od deset puta duže da se opuste nazad u svoja osnovna stanja, a mnogi istraživači su mislili da bi ultra-brza relaksacija koju ovde posmatramo bila nemoguća“, kaže fizičar Mordehaj Segev iz Technion-Izrael Institut za tehnologiju.
„Još ne razumemo tačno kako se to dešava.“
Ako vas glava već ne boli od fizike visokog nivoa ovde, postoji više od jedne vrste fotonskog vremenskog kristala. Ovo istraživanje je odvojeno od fotonskih vremenskih kristala koji mogu da manipulišu svetlošću u različite napredne svrhe.
Do sada su ove vrste PTC-a primećene samo korišćenjem radio talasa, koji imaju mnogo niže frekvencije od svetlosnih talasa – što talasi brže prolaze, to je veća frekvencija. Održavanje PTC-a stabilnim zavisi od porasta i pada indeksa prelamanja u prostoru jednog ciklusa elektromagnetnih talasa.
To je mnogo izazovnije u oblasti super-brzih svetlosnih talasa, što je deo onoga što ove eksperimente čini tako zanimljivim. Istraživači nisu bili u stanju da posmatraju PTC u spektru vidljive svetlosti, ali su se približili.
Kako Segev kaže, nije jasno zašto se to dešava ili kako bi se to eventualno moglo iskoristiti, ali govorimo o otvaranju novih osnova u fizici – „novom poglavlju u nauci o svetlosti“, prema Vladimiru Šalajevu, električaru inženjer na Univerzitetu Purdue u SAD.
„Naši nalazi… otvaraju put za posmatranje fotonskih vremenskih kristala na optičkim frekvencijama i mnogih drugih fenomena koji uključuju vremenske granice“, pišu istraživači u svom objavljenom radu.
