Než experimenty prokázaly správnost některých předpovědí teoretické fyziky, jako jsou třeba Einsteinovy gravitační vlny nebo Higgsův boson, trvalo to celá desetiletí.

Ale co se týká časového krystalu, podařilo se ho vytvořit během pouhých pěti let od chvíle, kdy se o něm poprvé začalo mluvit.

Můžeme celou věc vzít pěkně popořádku. Hmota je tvořena základními stavebními prvky, kterými jsou atomy. Atomy tvoří buď krystalickou mřížku u pevných skupenství, nebo se shlukují do molekul u kapalných a plynných skupenství.

Pokud se podíváme na jakýkoliv standardní krystal, jako je diamant, smaragd nebo třeba zrnko soli, pak jsou jeho atomy uspořádány v opakujících se vzorcích v prostoru.

U časového krystalu je to jinak.

Vzhůru do čtvrté dimenze!

Prostor má tři dimenze, kterými jsou hloubka, výška a šířka a čtvrtou dimenzí je čas. Fyziky zajímalo, jestli by bylo možné vytvářet periodické struktury krystalů ve všech čtyřech dimenzích, tedy rozšířit je do časoprostoru. Zjednodušeně řečeno:

zatímco konvenční přírodní krystaly mají strukturní vzor, který se opakuje v prostoru, v časovém krystalu hodlali vědci zopakovat vzor i v čase.

Časové krystaly jsou přitom poměrně novou myšlenkou, poprvé s touto teorií přišel americký nositel Nobelovy ceny za fyziku Franck Wilczek (*1951) v roce 2012. Ne všichni jeho kolegové však tuto hypotézu přijali a mnozí přitom upozornili na mnohé možné limity s tím, že časový krystal nemůže fyzicky existovat.

Ale našlo se dost příznivců Wilzcekovy hypotézy, kteří se odhodlaně pokusili najít mezery.

Rychlá cesta vpřed

V roce 2016 se expertům z americké University of Maryland podařilo vyrobit časový krystal díky atomům ytterbia za pomoci laseru. Po tomto prvotním úspěchu následovala řada dalších pokusů.

Novým milníkem byl experiment, který se odehrál o 5 let později po úspěchu vědců z Marylandu.

Tehdy se vědeckému týmu, složenému z fyziků z několika celosvětově respektovaných institucí, podařilo díky kvantovému počítači vyrobit časový krystal větší než byl kterýkoliv předtím a také mnohem stabilnější.

Ještě o krok dále se v loňském roce dostal mezinárodní výzkumný tým, který provedl experiment na finské univerzitě Aalto-yliopisto v Helsinkách.

Podařilo se jim spojit dva časové krystaly ochlazením helia-3 (izotop helia) na zhruba jednu desetitisícinu stupně z absolutní nuly (-273,15 °C). Interakce krystalů přitom probíhala po rekordní dobu.

Výsledek, který předčil očekávání

A letos na jaře přišel jiný mezinárodní tým výzkumníků s výsledky experimentu, který se uskutečnil na půdě stejné univerzity. Vědci vytvořili fotonické časové krystaly, které jsou časovými analogy konvenčních optických materiálů.

Výzkum takovýchto krystalů se dosud zaměřoval na trojrozměrné struktury, nyní byl poprvé vytvořen dvourozměrný fotonický časový krystal. Tyto krystaly mohou zesilovat elektromagnetické vlny.

I když se původně uvažovalo o časových krystalech zejména jako o významné součásti nové generace kvantových počítačů, ve světle aktuálních poznatků by mohly najít potenciální využití v různých technologiích, včetně bezdrátové komunikace, integrovaných obvodů nebo laserů.

Kateřina M. Košutová