Предложен способ создания «четырёхмерного» кристалла

В последние десятилетия были разработаны материалы, моделирующие простые нульмерные (фуллерен), одномерные (нанотрубки) и двумерные (графен) поверхности. Ну а трёхмерные кристаллы — это, понятно, наше всё. Но вот фундаментальный вопрос: можем ли мы создать материалы, по своей геометрии моделирующие четырёхмерные объекты?

Вопрос не праздный: материалы, моделирующие нетрёхмерные объекты, уже позволили добиться весьма необычных результатов в целом ряде областей.

Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek) и его коллега Альфред Шапир (Al Shapere) попытались ответить на этот вопрос через построение теоретической модели четырёхмерного кристалла. Кристалл становится таковым, когда температура образующего вещества, постепенно снижаясь, доводит систему до минимально возможного энергетического состояния. Как только это происходит, симметрия структуры вещества ломается. Вместо однородной аморфной возникают кристаллические структуры, в которых атомы и молекулы ориентированы исключительно одинаково в определённых направлениях и только в одном кристалле. Для многих из них характерна анизотропия, то есть зависимость их свойств от направления, тогда как в изотропных веществах — большинстве газов, жидкостей, аморфных твёрдых тел — ничего такого нет.

Рис. 1. Возможная структура пространственно-временного кристалла, имеющего периодически повторяющиеся структуры в пространстве и времени. (Иллюстрация Tongcang Li et al).

По мнению г-на Вильчека, нет никаких причин, по которым такие же структуры не могут существовать в пространстве-времени. При такой «кристаллизации» пространства-времени временной поток будет распадаться на изолированные области, с анизотропией свойств, как в ряде кристаллов.

Однако теория без практики, как нас учили, мертва. Тунцан Ли из Калифорнийского университета в Беркли (США) решил с семью коллегами создать объект, который позволил бы физикам смоделировать четырёхмерный кристалл вышеописанного типа. Исследователи предложили замкнуть в тороидальной электромагнитной ловушке облако ионов бериллия. Ионы образуют тороидальное облако, которое, если Фрэнк Вильчек прав, будет вращаться даже после охлаждения почти до абсолютного нуля.

При охлаждении симметрия в облаке по мере падения энергии до минимума будет нарушаться, и оно станет четырёхмерным кристаллом.

Мысль о том, что облако ионов продолжит вращаться после охлаждения до любой доступной температуры, кажется странной. Однако нарушения законов физики здесь нет.

Из системы нельзя извлечь энергию, и она не может выполнять работу, поэтому, несмотря на движение такого кристалла по кругу, он не будет представлять угрозу закону сохранения энергии. Более того,

периоды вращения такого «четырёхмерного» кристалла будут постоянны и не смогут замедлиться со временем, так что, вероятно, они будут чем-то вроде лучших атомных часов в смысле точности.

Кстати, по расчётам, на подобный результат вполне способны имеющиеся магнитные ловушки. Словом, Тунцан Ли и его группа в ближайшем будущем намерены создать такой кристалл.

Источник(и):

1. compulenta.ru

http://www.nanonewsnet.ru/news/2012/predlozhen-sposob-sozdaniya-chetyrekhmernogo-kristalla