Zespół fizyków stworzył labirynt, który, jak twierdzą, jest najtrudniejszym labiryntem, jaki kiedykolwiek stworzono, wykorzystując wzór szachownicy do stworzenia struktury. Dla niewprawnego oka labirynt wygląda jak najbardziej skomplikowany płatek śniegu. Ale dla miłośników puzzli wśród nas prawdopodobnie wygląda jak wyzwanie.
Labirynt zbudowany jest z Cykl Hamiltonacykl graficzny, który odwiedza każdy węzeł grafu tylko raz. Ten sam wzór ruchu jest prezentowany w „trasie skoczka” w szachach, w której figura szachowa może odwiedzić każde pole na szachownicy raz bez powtarzania się przed powrotem do swojej początkowej figury.
Labirynt zespołu działa w podobny sposób; jest to zbiór cykli hamiltonowskich w kwazikryształach. Nie martw się, wyjaśnimy. Szczegółowe wyjaśnienie konstrukcji labiryntu zostało zaakceptowane dla Opublikowanie oni Recenzja fizyczna X.
„Kiedy przyjrzeliśmy się kształtom skonstruowanych przez nas linii, zauważyliśmy, że tworzą one niesamowicie skomplikowane labirynty” – powiedział Felix Flicker, fizyk z University of Bristol i współautor artykułu na uniwersytecie w Bristolu. uwolnienie„Rozmiary kolejnych labiryntów rosną wykładniczo – i jest ich nieskończenie wiele”.
Kwazikryształy to rzadki rodzaj materii. Zwykłe kryształy mają okresowe struktury, co oznacza, że ich elementy składowe powtarzają się regularnie. Jednak elementy składowe kwazikryształów nie powtarzają się regularnie; mają asymetryczne, niepowtarzalne struktury, co sprawia, że są one mylące w trzech wymiarach i niemal magiczne w innych; w 2022 roku zespołowi fizyków udało się utrzymać spójność układu kwantowego przez dłuższy czas, wysyłając kwazikryształowy wzór na atomy składowe za pomocą laserów — innymi słowy, kwazikryształ w czasie. Jednym z przykładów kwazikryształu 3D jest ikosaedr, dwudziestościan podobny do standardowej piłki nożnej. Jak powiedział jeden fizyk Gizmodo w 2021 roku:
„W chwili, gdy przechodzisz z okresowości do quasi-okresowości, wszystkie zakłady na symetrię są nieważne… Wszystkie te 200-letnie zasady idą w zapomnienie – każda symetria jest dozwolona, w tym najsłynniejsza zakazana symetria dla ciał stałych, czyli symetria dwudziestościanu. W przypadku kwazikryształów nagle otwiera się przed tobą mnóstwo możliwości”.
Kwazikryształy powstają w naturze w rzadkich okolicznościach. Niektóre z nich znaleziono w lonsdaleicie, minerale twardszym od diamentów, który nie występuje naturalnie na Ziemi, ale dotarł do nas w meteorytach. W 2021 roku fizycy odkryli, że kwazikryształy powstały w trinicie, dziwnym materiale, który powstał po teście bomby Trinity w 1945 roku, w wyniku którego połacie pustyni Nowego Meksyku zamieniły się w szkło.
Zespół niedawno wprowadził algorytm do konstruowania grafów cykli hamiltonowskich w przestrzeniach dwuwymiarowych, zwanych kafelkami Ammanna-Beenkera. Zespół twierdzi, że te dwuwymiarowe labirynty pokazują cykle hamiltonowskie naśladujące wzorce atomowe kwazikryształu.
„Pokazujemy, że pewne kwazikryształy stanowią szczególny przypadek, w którym problem jest niespodziewanie prosty” – powiedział Flicker. „W tym scenariuszu sprawiamy, że niektóre pozornie niemożliwe problemy stają się wykonalne. Może to obejmować praktyczne cele obejmujące różne dziedziny nauki”.
Rzeczywiście, istnieją naukowe implikacje tego wzoru. Jak zauważono w oświadczeniu uniwersytetu, cykl hamiltonowski zapewnia najszybszy sposób, aby obrazy mikroskopowe, takie jak skaningowe mikroskopy tunelowe, obejmowały obiekt. Istnieją również implikacje dla wykorzystania kwazikryształu w wielu problemach fizycznych, w tym jednym, który mógłby być użyty do modelowania fałdowania białek.
Jeśli jednak nie interesujesz się żadną z tych dziedzin, możesz chcieć się zatrzymać na chwilę i docenić sposób, w jaki matematyka ujawnia niektóre z bardziej egzotycznych wzorców w naszym fizycznym wszechświecie.
