- Источник:
Midjourney
Исследователи из Университета Цинхуа (Китай) и Венского технического университета (Австрия) создали «кристалл времени», о возможности которого ученые по всему миру спорили много лет. Команде удалось сделать это в ходе эксперимента, когда они воздействовали лазером на атомы рубидия и увеличили их до диаметра в сотни раз больше обычного. Процесс получения «несуществующего» состояния материи в журнале Nature Physics.
Идею существования временного (темпорального) кристалла впервые описал Нобелевский лауреат, американский физик-теоретик Фрэнк Вильчек в 2012 году. Кристаллами называют вещества, в которых структуры атомов (элементарные ячейки из одной или нескольких частиц) постоянно повторяются в пространстве.
Ученый предположил, что может существовать и временной кристалл — где элементарные ячейки из атомов повторяются не в пространстве, а повторяется их движение во времени. Причем этот периодический ритм частицам никто не задает извне, он возникает спонтанно. Некоторые эксперты считали, что такие кристаллы времени в принципе невозможны, другие пытались их получить разными способами.
Авторы исследования приводят пример часов: их тиканье — это периодическое движение во времени. Но оно было запущено тем, кто завел часы в какой-то момент и определил хронометраж тактов. Задача ученых была получить периодичность от самих атомов.
Для этого команда заполнила стеклянный контейнер газом из атомов рубидия и воздействовала на них лазером. Облучение заставляло внешние электроны описывать все бо́льшие орбиты вокруг атомных ядер, из-за чего атомы буквально раздувались до гигантских размеров. Такие атомы называют ридберговскими, они в сотни раз больше обычных, хотя с точки зрения человека, все еще микроскопические.
Как пояснили ученые, когда диаметры атомов стали огромными, силы между ними тоже увеличились, и они начали по-другому взаимодействовать с лазером. И хотя интенсивность луча была постоянной (не колебалась), когда авторы измерили силу светового сигнала на другом конце контейнера, оказалось, что атомы колеблются. Частицы переходили из возбужденного состояния в более спокойное, от чего возникали спонтанные повторяющиеся колебания. Что соответствует определению кристалла времени по Вильчеку.
«Если вы выберете лазерный луч таким образом, чтобы он мог возбуждать два разных ридберговских состояния в каждом атоме одновременно, то генерируется петля обратной связи, которая вызывает спонтанные колебания между двумя атомными состояниями. Сами по себе гигантские атомы приходят в регулярный ритм, он преобразуется в ритм интенсивности света, достигающего конца стеклянного контейнера», — объясняет профессор Томас Пол из Института теоретической физики при Венском университете.
По словам физиков, такую систему самоподдерживающихся колебаний можно использовать для разработки датчиков, в технологиях, которые применяются в метрологии (наука об измерениях). И для исследований по проектированию квантовых компьютеров.
