RW Space

Экзотические состояния материи, известные как кристаллы времени, во многом считаются квантовым явлением. Теперь команда из Нью-Йоркского университета (Нью-Йоркский университет) показала, что классический кристалл времени может возникнуть гораздо более простым способом – с использованием только динамиков и пенопласта.

Эта система может быть не просто чрезвычайно чистым примером классического кристалла времени, но действительно аккуратной лабораторией для изучения невзаимных взаимодействий в макроскопическом масштабе, где частицы взаимодействуют посредством рассеянных звуковых волн, а не напрямую, уравновешенные силы.

«Кристаллы времени интересны не только своими возможностями, но и тем, что они кажутся такими экзотическими и сложными», — говорит физик Нью-Йоркского университета Дэвид Гриер.

«Наша система замечательна, потому что она невероятно проста».

Кристаллы времени, впервые предсказанные в 2012 году, еще более странны, чем предполагает их название. Этот термин описывает не объект, а тип поведения, и все это связано с тем, как повторяются узоры.

В кристаллических объектах, таких как кварц, алмаз, соль и целый ряд металлов, атомы расположены в аккуратной решетчатой ​​структуре, которая повторяется в трехмерном пространстве, как стыки между прутьями в тренажерном зале в джунглях. Любая часть узора может идеально накладываться на любую другую часть узора.

Кристалл времени — это расположение частиц, которое повторяется во времени, колеблющееся в соответствии с временным узором, который повторяется таким образом, что его также можно накладывать, как пространственный кристалл. Крайне важно, что эти непрерывные колебания нарушают временную симметрию, действуя независимо от внешних тикающих часов или периодического привода и на частоте, которая возникает в результате самого взаимодействия.

Многие экспериментальные кристаллы времени представляют собой квантовые системы, основанные на их запутанных состояниях. Гриер и его коллеги, физики из Нью-Йоркского университета Миа Моррелл и Лила Эллиотт, открыли свою классическую систему почти случайно, исследуя другой класс физических взаимодействий.

Крошечные полистироловые бусины диаметром всего один или два миллиметра являются отличными инструментами для изучения того, как объекты взаимодействуют косвенно посредством звуковых волн. Они очень легкие, что означает, что их можно поднимать в воздух с помощью звуковых волн, но они обладают достаточной структурной целостностью, чтобы оставаться жесткими под воздействием акустических сил. Они также имеют небольшие различия в размере и форме, что имеет решающее значение для изучения невзаимных взаимодействий.

Ученые провели свои эксперименты в рамках продолжающегося исследования этих взаимодействий. Во-первых, небольшой массив динамиков был настроен для создания стоячей звуковой волны – идеально сбалансированной по структуре, без навязанного ритма. Затем были введены бусинки, создавшие крошечное возмущение, от которого отражались звуковые волны.

«Звуковые волны воздействуют на частицы точно так же, как волны на поверхности пруда могут оказывать воздействие на плавающий лист», — говорит Моррелл.

«Мы можем поднимать объекты в воздух против силы тяжести, погружая их в звуковое поле, называемое стоячей волной».

Затем две бусинки взаимодействуют посредством волн, которые рассеиваются каждая. Шарик немного большего размера создаст большее беспокойство, чем бусинка меньшего размера; поэтому сила, которую она оказывает на меньшую бусину, будет больше, чем сила, которую меньшая бусина оказывает на большую.

Именно это подразумевается под невзаимным взаимодействием – обычное в акустике и оптике, но обычно небольшое и трудно изолируемое экспериментально.

Используя свой аппарат для исследования этого явления, исследователи обнаружили, что, когда условия были подходящими, взаимодействие между двумя бусинами заставляло их колебаться во времени, без какого-либо сотрясения. подталкивание или иное введение ритма.

По теме: Впервые в мире: физики создали квантовый кристалл времени, который мы действительно можем видеть

Бусины могут сохранять стабильный повторяющийся узор в течение нескольких часов, переходя в устойчивое устойчивое состояние, а не в мимолетные колебания. И всего две бусинки? Это наименьшая возможная система, потенциально ведущая как кристалл времени.

Практического применения, возможно, пока нет, но результаты могут побудить к другим экспериментальным исследованиям. Например, некоторые биохимические системы в нашем организме взаимодействуют невзаимно. Это не означает, что наши циркадные ритмы представляют собой кристаллы времени, но возникает забавный вопрос о том, могут ли подобные принципы проявиться в биологии.

Это также показывает, что нам не обязательно нужно дорогое высокотехнологичное оборудование для исследования некоторых наиболее экзотических форм поведения физического мира. Кажется, иногда можно обойтись пенопластом и, возможно, сабвуфером.

Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.