Ученые обнаружили кристалл времени, который открывает новый способ упорядочить время
Кристалл времени, который бьется в ритме порядка и хаоса, открыл новый способ, с помощью которого материя может сохранять время.
Новые эксперименты продемонстрировали кристалл времени рондо – кристалл времени, который повторяется во времени, но никогда не повторяется одинаково. В результате в краткосрочной перспективе возникает хаос, но в более длительных временных масштабах возникает порядок.
«В этой работе мы раскрываем существование новых типов временного порядка, возникающих из-за непериодических, но структурированных побуждений», — пишет группа физиков под руководством Лео Джуна Иль Муна из Калифорнийского университета в Беркли и Пола Шиндлера из Института физики сложных систем Макса Планка в Германии.
«Наши эксперименты показывают, что разрушение периодичность движения может привести к новым экзотическим формам частичного временного порядка».
По теме: Эта странная новая фаза материи, похоже, занимает 2 временных измерения
Кристаллы времени, впервые предсказанные американским физиком-теоретиком Фрэнком Вильчеком в 2012 году, а затем впервые наблюдавшиеся в 2016 году, привносят дополнительную сложность в структурированную атомную матрицу, составляющую регулярную структуру. твердые тела.
Кристаллические материалы, такие как алмаз, кварц и соль, состоят из трехмерных атомных решеток, в которых расположение их атомов повторяется. Любой участок решетки, помещенный поверх другого, будет совпадать, но только если он идеально наложен друг на друга.
Кристалл времени описывает частицы, движущиеся через последовательности, которые не диктуются временем какого-либо внешнего толчка, нарушая ожидаемый поток. Частицы колеблются в своих самых низких энергетических состояниях с повторяющейся временной закономерностью; этот узор также может быть идеально наложен друг на друга, как пространственное расположение атомов в кристалле.
Квазикристалл времени — это такой кристалл, в котором колебания атомов структурированы, но не повторяются, как мозаика Пенроуза — узор в многомерном пространстве, который никогда не повторяется полностью, но все же следует набору правил.
По мнению Муна и его коллег, кристалл времени рондо — это еще одна версия, демонстрирующая как порядок, так и беспорядок, повторяясь и не повторяясь. повторяющийся, как музыкальная форма, известная как рондо.
«Узор, включающий повторяющуюся тему (здесь стробоскопический порядок), которая чередуется с контрастирующей вариационной темой (здесь кратковременное временное расстройство), известен в классической музыке как рондо», — пишут исследователи.
«Возможно, одним из наиболее известных примеров рондо в музыке является Rondo alla Turca (Турецкий марш)» Моцарта; следовательно, мы называем этот тип временного порядка порядком рондо».
Исследователи создали свой кристалл времени, используя пустоты или вакансии атомного масштаба в алмазе. Эти вакансии представляют собой узлы решетки, где должен находиться атом, но там ничего нет. Это известно как центр азотных вакансий, где атом азота находится рядом с пустым пространством.
Используя лазеры для возбуждения центров азотных вакансий, исследователи гиперполяризовали ядерные спины углерода-13 в алмазе. Программируемый генератор сигналов произвольной формы затем пропускал вращения через точно синхронизированные последовательности импульсов, варьирующихся от периодических до случайных.
Команда тщательно отслеживала сотни так называемых циклов возбуждения, или лазерных импульсов, обнаружив, что иногда кристаллы времени колебались более 4 секунд, прежде чем распасться.
Однако за эти несколько секунд исследователи заметили, что, хотя в каждом цикле возбуждения существовал беспорядок, общее состояние кристалла времени повторялось в начале каждый цикл. При проверке всего лишь один раз за цикл езды система продемонстрировала безупречную работу, подобно тому, как идеально рассчитанный по времени стробоскопический свет может зафиксировать повторяющийся рисунок в серии изображений на вращающемся колесе.
Затем исследователи перевели свой эксперимент на новый уровень. Чтобы проиллюстрировать управляемость, команда даже закодировала текст — «Экспериментальное наблюдение кристалла времени рондо. Временной беспорядок в пространственно-временном порядке» — непосредственно в синхронизацию импульсов, используя стандарт ASCII.
Это не имеет практического применения, по крайней мере, пока; но это действительно открывает некоторые возможности на будущее.
«Наши эксперименты, — пишут исследователи, — открывают новые многообещающие возможности для изучения временного порядка, демонстрируя долговременное стабильное сосуществование дальнего временного порядка и беспорядка в микродвижениях в короткие сроки».
Результат исследования был опубликован в журнале Nature Physics.
