Создан кристалл времени: физики думали, что это невозможно

Кристалл – это расположение атомов, повторяющееся в пространстве равные промежутки времени: в каждой точке кристалл будет выглядеть совершенно одинаковым, пишет Phys.org.

Но еще в 2012 году лауреат Нобелевской премии Франк Вильчек задался вопросом о том, может ли существовать кристалл времени, когда объект повторяется не в пространстве, а во времени. Возможно ли возникновение периодического ритма в системе, которой не навязан определенный ритм, а взаимодействие между частицами совершенно не зависит от времени?

С того самого времени, когда Вильчек выдвинул свою идею, велись неустанные споры. Некоторые ученые считали, что существование кристаллов времени невозможно, другие же пытались создать их при определенных особых условиях.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Один из таких кристаллов времени был создан в в Университете Цинхуа в Китае при поддержке Венского технического университета в Австрии.

В своем эксперименте команда использовала свет лазера и особые типы атомов. Речь идет об атомах Ридберга, чей диаметр в несколько сотен раз больше обычного.

Ученые говорят, что тиканье часов является ярким примером временно-периодического движения. Но оно не начинается само по себе: кому-то необходимо сперва завести часы и установить время. Данное время начала затем определяло время дальнейших тиков. Но с кристаллами времени дела обстоят иначе.

Согласно идее Вильчека, периодичность в кристаллах времени должна возникать спонтанно.

"Частота тиков предопределена физическими свойствами системы, но время, в которое они происходят, совершенно случайно. Этот процесс известен как спонтанное нарушение симметрии", — говорит профессор Томас Пол из Института теоретической физики Венского технического университета.

В рамках эксперимента лазерный луч направили на стеклянный контейнер, наполненный газом из атомов рубидия. Исследователи измеряли силу светового сигнала, который добирался к другому концу контейнера.

"это был статический эксперимент, в котором системе не навязывался определенный ритм. Взаимодействие между светом и атомами всегда одинаково, лазерный луч имеет постоянную интенсивность. Но интенсивность, которая фиксировалась на другом конце стеклянного контейнера, колебалась по весьма регулярным закономерностям", — говорит Пол.

Ключом к эксперименту была подготовка самих атомов. Дело в том, что электроны атома могут вращаться с разными траекториями, что зависит от того, сколько в них энергии. При добавлении энергии самому внешнему электрону атома, его расстояние от атомного ядра может стать очень большим.

Иногда, он может находиться в несколько сотен раз дальше от ядра, чем это обычно происходит. Таким образом исследователи создают атомы с просто гигантской электронной оболочкой, их называют ридберговские атомы.

"В ридбергоских состояниях диаметр атомов становится огромным, а также силы между этими атомами существенно возрастают. Именно это меняет способ их взаимодействия с лазером. Процесс приводит к колеблющемуся поглощению света", — отмечает ученый.

Сами по себе гигантские атомы приходят в регулярный ритм, и этот ритм преобразуется в ритм интенсивности света, достигающего конца стеклянного контейнера.