Прорыв в изучении «кристаллов времени» — возможна структура, не нуждающаяся во внешнем импульсе

Новый, теоретически выведенный, тип временного кристалла может изменить потенциал этих захватывающих структур. В отличие от временных кристаллов, которые были созданы до настоящего времени, для поддержания тикающих атомов не требуется внешний импульс.

Метод основан на том, чтобы побудить запутанные частицы воздействовать на «вращение» друг друга (свойство, такое как момент импульса) на расстоянии. Но чтобы понять детали этого новейшего подхода, сначала нужно немного вернуться назад.

Кристаллы времени звучит как какая-то научно-фантастическая концепция, но это реальное явление, впервые теоретически доказанное в 2012 году. Снаружи они выглядят как обычные кристаллы. Но внутри атомы, расположенные в остальной нормальной повторяющейся решетчатой ​​структуре, ведут себя довольно странно.

Они колеблются, вращаясь сначала в одном направлении, а затем в другом. Эти колебания — то, что называется «тиканье» — привязаны к очень регулярной и определенной частоте. Итак, там, где структура регулярных кристаллов повторяется в пространстве, во времени кристаллы повторяются в пространстве и времени — следовательно, кристаллы времени.

На сегодняшний день для временных кристаллов, полученных экспериментально, требуется внешний стимул (такой как импульс электромагнитного излучения), чтобы вызвать их тиканье. Это было достигнуто в 2016 году, но с тех пор ведутся споры о том, соответствует ли это тому, что мы считаем кристаллом реального времени.

На самом деле, ученые предполагали, что временные кристаллы без ввода энергии в основное состояние просто физически невозможны. В физике это называется теоремой о запрете.

Но есть исключение из этой теоремы, так как она относится к временным кристаллам, и этим воспользовались  Валерий Козин из Исландского университета в Рейкьявике и Александр Кириенко из Эксетерского университета в Великобритании.

В статье 2015 года предполагается, что взаимодействия между частицами ослабевают на расстоянии. На самом деле это довольно справедливое предположение — например, подумайте о магнитных или гравитационных силах, ослабевающих на расстоянии.

Но есть удобное исключение. Связанные частицы имеют отношения, которые не ослабевают с расстоянием. Измерение вращения одной частицы немедленно определит вращение ее партнера, независимо от того, насколько далеко она находится.

По мнению физиков, во временных кристаллах такое взаимодействие на расстоянии теоретически может создать основное состояние временного кристалла, которое не требует инжекции энергии.

В своей новой статье они показывают систему частиц в кристалле времени, каждая из которых имеет спин. Они демонстрируют, что существует способ описать спины связанных частиц, используя модель теории струн, которая соответствует определению, приведенному в статье 2015 года о временном кристалле.

По мнению исследователей, даже если частицы вращались не синхронно, взаимодействия между частицами приводили бы к тиканью временного кристалла.

Эта система была бы невероятно сложной, так как каждая частица могла бы вращаться в суперпозиции, то есть в неопределенном состоянии как вверх, так и вниз одновременно.

На самом деле, все это может невозможно создать в лабораторных условиях. Связывание частиц таким способом — идея, которая хорошо работает на бумаге, но вряд ли будет легко выполнима практически.

Будущее еще может нас удивить.

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.