Физики нашли признаки кристалла времени

Йельские физики раскрыли намеки на кристалл времени — форму материи, которая получает энергию из разлома в симметрии времени, и представляет собой особую форму вечного движения.

Это открытие означает, что теперь есть новые головоломки, с точки зрения того, как формируются кристаллы времени.

Обычные кристаллы, такие как соль или кварц, являются примерами трехмерных упорядоченных пространственных кристаллов. Их атомы расположены в повторяющейся системе, и хорошо известны ученым.

Временные кристаллы, впервые идентифицированные в 2016 году, различны. Их атомы вращаются периодически, сначала в одном направлении, а затем в другом, поскольку пульсирующая сила используется для их переворота. Это так называемое «тиканье». Кроме того, тикание во временном кристалле блокируется на определенной частоте, даже когда импульсные переходы несовершенны.

Ученые говорят, что понимание временных кристаллов может привести к улучшению атомных часов, гироскопов и магнитометров, а также помочь в создании потенциальных квантовых технологий. Министерство обороны США недавно объявило о программе финансирования дополнительных исследований систем кристаллов времени.

Новые результаты описаны в двух исследованиях, один в Physical Review Letters, а другой в Physical Review B. Исследования представляют собой второй известный эксперимент, наблюдающий сигнатуру для дискретного кристалла времени (DTC) в твердом теле. Предыдущие эксперименты привели к большому вниманию со стороны средств массовой информации в прошлом году.

«Мы решили попробовать найти подпись DTC, — сказал профессор физики Йельского университета Шон Барретт, руководитель двух новых исследований. «Мой студент Джаред Ровни выращивал кристаллы моноаммонийфосфата (MAP) для совершенно другого эксперимента, поэтому у нас был один кристалл в нашей лаборатории».

Кристаллы MAP считаются настолько легкими для роста, что иногда они включаются в комплекты для выращивания кристаллов, предназначенные для студентов. Было бы необычно найти сигнатуру времени в кристалле MAP, пояснил Барретт, поскольку считалось, что кристаллы времени образуются в кристаллах с более выраженным внутренним «беспорядком».

Исследователи использовали ядерный магнитный резонанс (ЯМР) для поиска сигнатуры DTC и быстро нашли ее. «Наши кристаллографические измерения выглядели довольно впечатляюще с самого начала», — сказал Барретт. «Наша работа предполагает, что подпись DTC может быть найдена, в принципе, путем поиска в наборе для выращивания «детского» кристалла».

Произошла еще одна неожиданная вещь. «Мы поняли, что просто найти подпись DTC не обязательно доказывает, что система имела квантовую память о том, как она появилась», — сказал один из соавторов исследования. «Это подтолкнуло нас на то, чтобы попробовать «эхо» времени, которое выявило скрытую связь или квантовый порядок внутри системы», — добавил Ровни, аспирант Йельского университета и ведущий автор исследований.

Барретт отметил, что результаты его команды в сочетании с предыдущими экспериментами «представляют собой загадку» для теоретиков, пытающихся понять, как формируются временные кристаллы.

«Слишком рано говорить, какова будет резолюция для нынешней теории дискретных кристаллов времени, но люди будут работать над этим вопросом, по крайней мере, в ближайшие несколько лет», — сказал Барретт.

Больше информации: Jared Rovny et al. Observation of Discrete-Time-Crystal Signatures in an Ordered Dipolar Many-Body System, Physical Review Letters (2018). DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.180603

Jared Rovny et al. P31 NMR study of discrete time-crystalline signatures in an ordered crystal of ammonium dihydrogen phosphate, Physical Review B (2018). DOI: 10.1103/PhysRevB.97.184301