مدت‌های مدیدی بود که حدس و گمان‌های بسیاری در مورد احتمال ساخت بلورهای زمان توسط پژوهشگران زده می‌شد؛ بلورهای عجیبی که دارای ساختار اتمی بوده و نه تنها در فضا تکرار می‌شوند، بلکه در زمان هم تکثیر شده و بدون نیاز به انرژی، دارای حرکتی ابدی و بدون توقف هستند.

گویا آی تی – بالاخره خبر رسمی این تحقیقات اعلام شد و پژوهشگران با انتشار گزارشی مفصل در مورد نحوه‌ی ساخت و اندازه‌گیری این بلورهای عجیب و غریب توضیحات کاملی ارائه داده‌اند. دو تیم تحقیقاتی مستقل از دانشمندان ادعا می‌کنند با استفاده از این ساختار، موفق به ساخت بلورهای زمان در آزمایشگاه‌ها شده و در نتیجه، وجود شکل کاملا جدیدی از ماده را تائید کرده‌اند.
این کشف جدید شاید امری نسبتا انتزاعی و غیرعملی به نظر برسد اما دریچه‌ای به شروع عصری جدیدی در فیزیک خواهد بود؛ دهه‌های متمادی است که ما در حال مطالعه‌ی موادی هستیم که به اصطلاح فیزیکدانان در حالت ”تعادل“ قرار دارند، مثل فلزات و نارساناها.
اما پیش‌بینی می‌شد شکل‌های عجیبی از ماده، از جمله‌های بلورهای زمان، در کهکشان وجود داشته باشد که در تعادل نبوده و ما حتی مطالعه‌ی آنها را شروع نکرده باشیم. حال با کشف جدید وجود چنین موادی عملا اثبات شد.
این حقیقت که ما اولین مثال عملی از موادی که در تعادل نیستند را کشف کرده‌ایم شاید منجر به کسب دستاوردهایی در ادراک ما از جهان اطراف‌‌مان داشته و حتی موجب پیشرفت‌ هر چه بیشتر علم در حوزه‌های مختلفی از جمله محاسبات کوانتومی شود.

نورمن یائو، پژوهشگر اصلی پروژه از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، در این مورد می‌گوید: ”در حال تجربه‌ی دوره‌‌ی جدیدی از ماده هستیم اما کشف اولین نمونه از ماده‌ای غیرمتعادل، هم جذابیت‌های خاص خود را دارد. در نیمه‌ی دوم قرن گذشته، ما مشغول بررسی مواد متعادل مثل فلزها و نارساناها بوده‌ایم. حال وارد دنیای جدید مواده غیرمتعادل خواهیم شد.“
ابتدا بهتر است یک گام به عقب رفته و نگاهی به گذشته داشته باشیم زیرا مفهوم بلورهای زمان چندین سال است که میان دانشمندان مورد بحث و مناقشه بوده است.
ابتدا فرانک ویلچک، فیزیکدان نظری برجسته و برنده‌ی جایزه‌ی نوبل در سال ۲۰۱۲، وجود این ماده را پیش‌بینی کرده بود. به اعتقاد وی کریستال‌های زمان ساختارهایی هستند که حتی در ضعیف‌ترین وضعیت انرژی یا همان حالت پایه (Ground State) هم قادر به حرکت هستند.
معمولا زمانی که یک ماده در حالت پایه که از آن با نام انرژی نقطه‌ی صفر یک سیستم هم یاد می‌شود قرار دارد، به این معنی است که حرکت کردن آن غیرممکن می‌شود، چرا که برای این کار خواه ناخواه نیازمند مصرف انرژی است.

اما ویلچک معتقد است این امر در مورد بلورهای‌ زمان صدق نمی‌کند.
بلورهای معمولی ساختاری اتمی دارند که در فضا تکرار می‌شود، درست همانند ساختار مشکب کربنی یک الماس. اما همانند یک قطعه یاقوت یا الماس، این مواد کاملا بی‌حرکتند زیرا در حالت پایه‌ و در تعادل قرار دارند.
اما بلورهای زمان ساختار خاصی دارند که نه تنها در فضا بلکه در زمان هم تکرار شده و ضمنا در حالت پایه هم به نوسان خود ادامه می‌دهد.
برای درک بهتر شیوه‌ی عملکرد این ماده به ژله فکر کنید؛ زمانی که به ژله ضربه می‌زنید، شاهد حرکت پیوسته‌ی آن هستید. همین اتفاق در مورد بلورهای زمان می‌افتد اما تفاوت بزرگی که وجود دارد، انجام حرکت بدون نیاز به هر گونه انرژی است.
بلور زمان در حالت طبیعی خود همانند یک ژله‌‌ی دائما در نوسان است و همین ویژگی آن را تبدیل به شکل جدیدی از ماده می‌کند، ماده‌ای نامتعادل. این ماده نمی‌تواند بی‌حرکت بایستد.
اما اثبات وجود بلورهای زمان یک مساله است و کسب موفقیت در زمینه‌ی ساخت آنها مساله‌ای دیگر؛ اینجاست که ارزش پژوهش انجام شده به خوبی آشکار می‌شود.
یائو و تیم‌اش طرحی با تمام جزئیات کامل ارائه داده‌اند که نحوه‌ی ساخت و اندازه‌گیری یک بلور زمان را دقیقا توضیح داده و حتی مراحل مختلف مورد نیاز تشکیل آن را به خوبی شرح داده‌اند؛ به این ترتیب آنها موفق به طراحی معادل‌های مراحل جامد، مایع و گاز این شکل جدید از ماده شده‌اند.

پژوهش مائو با نام ”پلی میان ایده‌ی نظری و پیاده‌سازی عملی“ نام گرفته در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
دو تیم کاملا مستقل، یکی از دانشگاه مریلند و دیگر از هاروارد، با دنبال کردن دستورالعمل‌های طرح یائو اقدام به ساخت بلورهای زمان کرده‌اند.
دستاوردهای این دو گروه در اواخر سال میلادی گذشته در مرحله پیش از چاپ، در وب‌سایت arXiv.org منتشر شده‌ و سپس برای چاپ به ژونال‌های معتبر علمی ارسال شده‌اند. یائو در هر دو پژوهش به عنوان محقق حضور داشته است.
تا زمان چاپ پژوهش‌ها در ژورنال‌های معتبر می‌توان در درستی این ادعاها شک داشت. اما این حقیقت که دو تیم جداگانه از یک طرح مشترک برای ساخت بلورهای زمان با استفاده از سیستم‌های کاملا متفاوتی استفاده کرده‌اند، احتمالا نویدبخش صحت درستی این مدعا خواهد بود.

بلورهای زمان دانشگاه مریلند با استفاده از رشته‌های ۱۰ یون عنصر ایتربیوم که همگی در رشته‌های الکترون گره‌دار قرار گرفته‌‌اند، ساخته شده‌اند.
کلید اصلی برای تبدیل این مجموعه به یک بلور زمان خارج نگه‌داشتن یون‌ها از حالت تعادل (سکون) است و برای این منظور پژوهشگران به صورت پیوسته با دو اشعه‌ لیزری آنها را تحریک می‌‌کنند. یکی از لیزرها اقدام به ایجاد یک میدان مغناطیسی کرده و دومین لیزر رشته‌های اتمی را می‌چرخاند.
از آن جا که رشته‌های تمام اتم‌ها در هم تنیده‌ شده‌اند، اتم‌ها در یک حالت پایدار و الگوی تکراری از رشته‌ای چرخان قرار می‌گرفتند؛ دقیقا به شکل ساختار یک بلور.
این کارها موجب ایجاد یک بلور عادی می‌شود اما برای تبدیل آن به یک بلور زمان، سیستم باید تقارن زمانی را بشکند. پژوهشگران با زیر نظر گرفتن رفتار رشته‌ اتم‌های ایتربیوم، متوجه شدند این رشته در حالت انجام کار عجیبی است.

این دو لیزر با ضربه زدن به اتم‌های ایتربیوم در فواصل معین اقدام به ایجاد الگویی تکراری در سیستم با سرعت دو برابر بیشتر از خود ضربه‌ها می‌شدند؛ کاری که در یک سیستم معمولی امکان‌پذیر نیست.
یائو می‌گوید: ”عجیب نیست اگر ژله را به آهستگی تکان داده و بعد متوجه شوید که عکس‌العمل‌ آن در زمانی دیگر (با فاصله از زمان آغاز ضربه زدن شما) اتفاق بیفتد؟ اما این دقیقا خاصیت بلور زمان است. شما یک محرک متناوب دارید که دارای دوره تناوب T است، اما سیستم به گونه‌ای هماهنگ می‌شود که قادر به بررسی نوسان آن به مدتی طولانی‌تر از دوره‌ی تناوب T خواهید بود.“
بلور زمان تحت تاثیر میدان‌های مغناطیسی مختلف و ضربات متداوم لیزر وارد فازهای وضعیتی متفاوتی را تجربه می‌کند، دقیقا همانند ذوب شدن یک قطعه‌ یخ.
البته بلور زمان ساخته شده توسط تیم هاروارد با نمونه‌ی دانشگاه مریلند تفاوت‌هایی دارد. پژوهشگران با استفاده از چندین مرکز خلاء نیتروژنی بسیار متراکم در الماس‌ها اقدام به ساخت بلور زمان کرده و نتایج متفاوتی کسب کر‌ده‌اند.

فیل ریکمه، از اعضای آکادمی دانشگاه ایندیانا که هیچ نقشی در پروژه‌ی مذکور نداشته اما با بررسی پژوهش، چشم‌انداز خود را در مورد آن نوشته، این طور توضیح می‌دهد: ”این نتایج مشابه که در دو سیستم کاملا متفاوت به دست آمده‌اند به خوبی ثابت می‌کنند بلورهای زمان، جنبه‌ی جدید و وسیعی از ماده‌اند. مشاهده و بررسی مستقل بلورهای زمان نشان می‌هد که شکست تقارن می‌تواند در تمام حوزه‌های طبیعی رخ دهد و در نتیجه راه برای انجام پژوهش‌های جدید هموار خواهد شد.“
طرح یائو در ژورنال Physical Review Letters چاپ شده است.