ISIPIN mo ang isang rubber band na unti-unting nagiging donut. Ang pagbabagong ito, na tinatawag na ‘birth of a torus’ ay ginagamit sa matematika upang ilarawan ang mga sistemang nagbabago-bago. Karaniwan itong nakikita sa classic systems, ngunit hindi sa mga quantum system—hanggang ngayon. Isang internasyonal na grupo ng mananaliksik na pinamumunuan ni Dr. Jayson Cosme mula sa UP ang kauna-unahang nakaobserba ng penomenong ito sa quantum system, gamit ang mga laser, salamin, at time crystals.
Maraming sa kalikasan ang mailalarawan gamit ang mga hugis gaya ng rubber band o donut. Isang halimbawa nito ang pagtibok ng puso, na umuulit sa “lub” at “dub.” Maaaring ilarawan ng mga siyentipiko ang siklong ito bilang isang 2D loop sa tinatawag na phase space. Ang loop na ito ang kumakatawan sa lahat ng posibleng estado ng puso: ang “lub” ay isang bahagi ng loop, habang ang “dub” ay sa kabila. Kapag regular ang tibok, sapat na ang 2D loop. Ngunit kapag naging iregular, mas komplikadong hugis ang kinakailangan, gaya ng donat—o pormal na tinatawag na torus.
Sa quantum systems, may mga inuulit na galaw din na maaaring i-mapa sa phase space. Isa sa mga ito ang time crystal, kung saan ang ultra-cold atoms ay nagpapalit-palit ng estado. Gaya ng tibok ng puso, ang time crystal ay maaaring ilarawan bilang loop sa phase space. Noong 2016, unang nakagawa ang mga physicists ng time crystal sa pamamagitan ng pagtutok ng isang pulsating laser sa ultra-cold atoms. Ang paulit-ulit na pagbugso ng laser ang siyang nagdulot ng pagpapalit-palit ng atoms sa dalawang estado.
Noong 2022, ipinakita ni Dr. Cosme ng UP Diliman College of Science – National Institute of Physics (UPD-CS NIP), kasama ang mga mananaliksik mula sa Germany, na posible pa ring makabuo ng time crystal kahit walang pulsating laser. Gumamit sila ng ultra-cold rubidium atoms sa gitna ng dalawang highly reflective na salamin at tinutukan ito ng laser. Dahil sa mga salamin, paulit-ulit na umaninag ang laser sa rubidium atoms.
Habang inaayos nila ang liwanag ng laser, inobserbahan nila ang reaksyon ng atoms. Natuklasan nila na kapag naabot ng laser ang ispesipikong lakas ng laser, nagsisimula ang atoms na mag-oscillate sa dalawang estado at ito’y nagiging time crystals. Tinawag nila itong continuous time crystal, ang pinakaunang eksperimento ng ganitong uri.
Ngayon, gamit ang parehong setup at mga kagrupo, mas lalo pa nilang pinasulong ang ideya. “In this new study, we showed that cranking up the intensity of light to even brighter or stronger levels will lead to another critical transition,” paliwanag ni Dr. Cosme.
Kapag naaninagan ng mas malakas na laser, ang time crystal ay nagsimulang umakto sa paraang hindi na mailalarawan ng simpleng loop. Sa halip na regular na magpalit ng estado, nag-oscillate ito sa mas komplikadong paraan. Ang representasyon nito sa phase space ay nagbabago mula sa loop tungo sa torus—ang ‘birth of a torus’.
Dahil sa napaka-sensitibo ng time crystal sa liwanag, napakahirap obserbahan ang transisyong ito. Gayunpaman, dahil sa sensitivity ng eksperimentong gamit ng mga eksperto, matagumpay nila itong naitala—ang kauna-unahan sa kasaysayan. Nai-publish na ang kanilang pag-aaral sa journal na Physical Review Letters.
Higit pa dito, maaaring gamitin ang natuklasan para sa bagong uri ng mga sobrang sensitibong detektor ng liwanag. “The transition between loop and torus depends on the light intensity,” paliwanag ni Dr. Cosme. “Below the critical point, it will be a loop, while above, it will be a torus. As such, a system operating close to this transition point can be used as a sensitive detector for light or electromagnetic fields.”
Sa ngayon, sinisiyasat ng mga mananaliksik kung maaring malaman ang mga bifurcation sa quantum systems bago pa ito mangyari. Plano rin nilang gamitin ang kanilang experimental setup upang tuklasin ang iba pang quantum phenomena, tulad ng Kibble-Zurek mechanism, na kanilang pinag-aralan sa isang artikulong inilathala noong nakaraang taon. “We’re quite excited about that one, and we hope we can share some exciting news about it soon,” anya ni Dr. Cosme.