Физики создали «невозможный» кристалл времени, взорвав атомы в воздушные шары
Ученые взорвали кучу атомов, как воздушные шары, чтобы создать крайнюю версию «невозможного» состояния материи.
Взрывая атомы рубидия лазерами, физики возбудили их в пухлое ридберговское состояние. в эксперименте, результатом которого является экзотическое состояние материи, известное как кристалл времени.
Это, по словам команды, открывает новый способ изучения свойств кристаллов времени, а также таких явлений, как квантовая флуктуации, корреляция и синхронизация – важный фактор при разработке квантовых компьютеров.
Кристаллы времени, впервые описанные американским физиком-теоретиком Фрэнком Вильчеком в 2012 году, представляют собой движения частиц, которые повторяются во временном измерении, подобно тому, как кристаллы подобно алмазу и кварцу, это структуры частиц, повторяющиеся в пространстве.
Хотя первоначальная теория описывала закономерности, повторяющиеся «вечным» образом, «временные» версии были экспериментально реализованы и наблюдались по-разному разными группами исследователей. физики. С их помощью можно измерить колебательные узоры, отличные от любых внешних ритмов, наложенных на кристалл.
Этот новый тип временного кристалла был создан из газа атомов рубидия комнатной температуры, заключенного в стеклянный контейнер. .
Команда физиков во главе с Сяолином Ву, Чжуцин Ваном и Фань Яном из Университета Цинхуа в Китае использовала лазерный свет, чтобы возбудить атом до состояния Ридберга. Именно тогда энергия добавляется к атому таким образом, что самые удаленные электроны описывают более крупные орбиты вокруг ядра, по сути, раздувая атом до размеров, в сотни раз превышающих его нормальный радиус.
Это все еще довольно мало с нашей точки зрения, но это оказывает интересное влияние на то, как взаимодействуют атомы, когда они все сгруппированы вместе в стеклянном ящике.
«Если атомы в нашем стеклянном контейнере приготовлены в таких состояниях Ридберга и их диаметр становится огромным, тогда силы между этими атомами также становятся очень большими», — объясняет физик Томас Пол из Венского технологического университета.
«А это, в свою очередь, меняет способ их взаимодействия с лазером. Если вы выберете лазерный свет таким образом, чтобы он мог возбуждать два разных ридберговских состояния в каждом атоме одновременно, то образуется петля обратной связи, которая вызывает спонтанные колебания между двумя атомными состояниями. Это, в свою очередь, также приводит к осциллирующему поглощению света. .»
Итак, когда команда возбудила газообразный рубидий лазерным светом, произошло нечто захватывающее. Хотя лазер имел постоянную интенсивность, когда они измерили свет в дальнем конце контейнера, они увидели признаки атомных колебаний, когда атомы переходили из возбужденного состояния в менее возбужденное.
Эти колебания возникли органически, что соответствует определению кристалла времени.
«На самом деле это статический эксперимент, в котором системе не навязывается определенный ритм», — говорит Пол. «Взаимодействия между светом и атомами всегда одинаковы, лазерный луч имеет постоянную интенсивность. Но удивительно, оказалось, что интенсивность, достигающая другого конца стеклянной ячейки, начинает колебаться по весьма регулярным закономерностям». p>
Это имеет потенциальное применение в технологии, требующей очень регулярных, автоколебаний. Например, метрология – наука об измерениях – могла бы использовать такую систему. А обработка квантовой информации на основе ридберговских атомов могла бы стать мощным инструментом для вычислительных приложений.
«Мы создали здесь новую систему, которая обеспечивает мощную платформу для углубления нашего понимания феномена кристалла времени таким образом, чтобы очень близко к оригинальной идее Фрэнка Вильчека», — говорит Пол.
Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
