세계 최초로 시간 결정의 진동을 영상으로 포착하는 데 성공

원자나 분자가 공간적인 주기성을 가지고 배열된 물질이 '결정'이다.

이 주기성을 시간방향으로 확장한 특이한 물질이 시간결정입니다.

2016년에 세계 최초로 생성에 성공한 시간 결정이지만, 이번에 세계 최초로 그 진동의 모습을 영상으로 파악하는 것에 성공했습니다.

'시간 결정'은 공간 방향 뿐만이 아니라 시간 방향에도 주기성을 가진 물질로 매사추세츠 공과대학의 물리학자인 프랭크 윌체크씨가 고안한 것입니다.

입자의 규칙적 배열이 3차원 공간뿐만 아니라 시간방향으로도 펼쳐져 있기 때문에 4차원의 결정구조를 가지고 있다는 것이 시간결정의 특징으로 그 특이한 구조상 '실현불가능하다'고 여겨졌습니다.

그러나 2016년 10월에 메릴랜드 대학의 크리스 먼로 교수님이 인솔한 연구팀이 세계 최초로 시간 결정의 생성에 성공했습니다.

시간 결정을 생성하기 위한 기본 공정은 매우 단순하여 이온군과 같은 양자계를 링 모양으로 구성하여 에너지 상태가 가장 낮아질 때까지 냉각시킵니다.

그러면 물리 법칙적으로는 링이 완전히 정지하게 되어 시간 결정이 생성된다고 합니다.

그런 시간 결정의 진동의 모습이 세계에서 처음으로 영상으로 기록되었습니다.

연구팀은 주사형 투과X선 현미경을 이용해 준입자인 매그논을 이용해 생성된 시간 결정의 진동을 실시간으로 촬영하는데 성공했습니다.

아래는 실제로 촬영된 시간 결정이 진동하는 모습을 촬영한 영상으로 최대 400억 프레임으로 매초당 촬영되고 있습니다.

https://youtu.be/kUY3TglEUCU

시간 결정의 진동하는 모습을 촬영하는데 성공한 것은 폴란드에 있는 아담 미츠케비치 대학의 물리학자 Pawel Gruszecki 씨의 연구팀.

Gruszecki씨는 '이번 발표로 시간 결정이 지금까지 생각했던 것보다도 훨씬 견고하며, 넓게 존재하고 있는 것을 나타낼 수 있었습니다'라고 말하고 있습니다.

이번 촬영에 이용된 매그논제의 시간 결정에 대해서 Gruszecki씨는 '많은 가능성을 잠재한 응용으로 이어질 가능성이 있습니다'라고 말했습니다.

많은 과학자들은 준입자인 매그논과 보스=아인슈타인 응축을 이용해 시간결정을 생성합니다.

그러나 Gruszecki씨 등 연구팀은 무선 주파수를 이용하여 전류를 보낼 수 있는 대자 파마로이를 사용한다고 하는 다른 접근을 취하고 있습니다.

대자 파마로이에 전류를 흐르게 하면 진동 자장이 생성되어 자기 파도가 발생.

이 자기의 파도가 파마로이 내의 매그논을 자극해 이동하는 매그논은 주기적인 패턴으로 응축해서 시간 결정이 된다고 합니다.

Gruszecki씨와 함께 시간결정의 진동을 촬영한 독일의 Max Planck Institute for Intelligent Systems 학생인 Nick Trager 씨는 시간결정이 다른 준입자와 상호 작용할 수 있음을 보여주었습니다.

영상은 물론 실험에서 이를 직접 보여준 적은 지금까지 없었습니다"라고 말했습니다.

시간결정은 이론적으로는 가능한 한 낮은 에너지 상태에서 진동하기 때문에 장기간에 걸쳐 안정된 코히런스를 가질 필요가 있습니다.

Gruszecki씨등 연구팀이 제안하는 매그논을 이용한 시간 결정의 생성 방법은 시간 결정을 간단하게 조작할 수 있고 생성도 간단하기 때문에 지금까지 없었던 '시간 결정의 실용적인 응용'에의 문을 여는 열쇠가 될 가능성이 있다는 것이다.

시간결정의 구체적인 응용의 방향성으로서는, 통신·레이더·이미징 기술등을 예를 들고 있습니다.

참고원문은 아래링크를 참고하세요.

For The First Time, Physicists Have Filmed The Oscillation of a Time Crystal

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http://stylec.co.kr/shop/item.php?it_id=1601273303&cid=3156541440

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