W lutym 2012 roku Frank Wilczek, noblista z Massachusetts Institute of Technology teoretycznie udowodnił, że możliwe jest istnienie kryształów czasoprzestrzennych. To struktury 4D, w których oprócz przestrzeni uwzględnia się też wymiar czasu.

Kryształy takie mogłyby ciągle się obracać i istnieć nawet po końcu wszechświata. Pod koniec września ubiegłego roku informowaliśmy o pracach zespołu Xiang Zhanga z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), który opracował teoretyczną koncepcję budowy takiego kryształu. Teraz Xiang Zhang, Hartmut Haffner i ich koledzy przymierzają się do przekucia teorii w rzeczywistość.

Uczeni spróbują zbudować kryształ czasoprzestrzenny więżąc 100 jonów wapnia w pułapce jonowej o szerokości 100 mikrometrów. Jony zostaną poddane działaniu pola magnetycznego, dzięki czemu mają ułożyć się w pierścień, a następnie pod wpływem statycznego pola magnetycznego zaczną się obracać, tworząc kryształ czasoprzestrzenny. Z obliczeń wynika, że kryształ taki zostanie wprowadzony w stan podstawowy po schłodzeniu go za pomocą lasera do około jednej miliardowej kelwina powyżej zera absolutnego.

Tak znaczące schłodzenie atomów będzie możliwe dzięki nowej konstrukcji pułapki jonowej. Istnieje kilka technik chłodzenia laserem, jednak wszystki opierają się na tych samych podstawach. Należy doprowadzić do sytuacji, w której fotony z lasera trafiają w atom i wymuszają na nim emisję fotonów o wyższej energii niż zaabsorbowana z lasera. Ta dodatkowa energia pochodzi z ciepła samego atomu. Dotychczas temperatura, do jakiej można było schłodzić atomy w pułapce jonowej była ograniczona ciepłem emitowanym przez elektrody użyte do zbudowania pułapki. Pojawienie się tego ciepła jest związane z zanieczyszczeniami osadzającymi się na elektrodach. Pułapka, którą zaprojektowali uczeni z LBNL została wyposażona w laser argonowo-jonowy, którego zadaniem jest oczyszczanie elektrod. Eksperymenty wykazały, że dzięki takiej konstrukcji możliwe jest aż 100-krotne zredukowanie szumu pochodzącego z pułapki.

Część fizyków sceptycznie podchodzi do pomysłu swoich kolegów z LBNL. Nie zaprzeczają, że możliwe jest stworzenie kryształu czasoprzestrzennego - struktura taka nie łamie żadnych praw fizycznych - uważają jednak, że niemożliwe jest obserwowanie obracającego się pierścienia jonów znajdujących się w stanie podstawowym.