Створено кристал часу: фізики думали, що це неможливо

Кристал — це розташування атомів, що повторюється в просторі рівні проміжки часу: у кожній точці кристал матиме абсолютно однаковий вигляд, пише Phys.org.

Але ще 2012 року лауреат Нобелівської премії Франк Вільчек задався питанням про те, чи може існувати кристал часу, коли об'єкт повторюється не в просторі, а в часі. Чи можливе виникнення періодичного ритму в системі, якій не нав'язаний певний ритм, а взаємодія між частинками абсолютно не залежить від часу?

З того самого часу, коли Вільчек висунув свою ідею, велися невпинні суперечки. Деякі вчені вважали, що існування кристалів часу неможливе, інші ж намагалися створити їх за певних особливих умов.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Один із таких кристалів часу був створений в Університеті Цінхуа в Китаї за підтримки Віденського технічного університету в Австрії.

У своєму експерименті команда використовувала світло лазера та особливі типи атомів. Йдеться про атоми Рідберга, чий діаметр у кілька сотень разів більший за звичайний.

Учені кажуть, що цокання годинника є яскравим прикладом часово-періодичного руху. Але він не починається сам по собі: комусь необхідно спершу завести годинник і встановити час. Цей час початку потім визначав час подальших тиків. Але з кристалами часу справи йдуть інакше.

Згідно з ідеєю Вільчека, періодичність у кристалах часу має виникати спонтанно.

"Частота тиків зумовлена фізичними властивостями системи, але час, у який вони відбуваються, абсолютно випадковий. Цей процес відомий як спонтанне порушення симетрії", — каже професор Томас Пол з Інституту теоретичної фізики Віденського технічного університету.

У рамках експерименту лазерний промінь направили на скляний контейнер, наповнений газом з атомів рубідію. Дослідники вимірювали силу світлового сигналу, який добирався до іншого кінця контейнера.

"Це був статичний експеримент, у якому системі не нав'язувався певний ритм. Взаємодія між світлом і атомами завжди однакова, лазерний промінь має постійну інтенсивність. Але інтенсивність, яка фіксувалася на іншому кінці скляного контейнера, коливалася за вельми регулярними закономірностями", — каже Пол.

Ключем до експерименту була підготовка самих атомів. Річ у тім, що електрони атома можуть обертатися з різними траєкторіями, що залежить від того, скільки в них енергії. При додаванні енергії самому зовнішньому електрону атома, його відстань від атомного ядра може стати дуже великою.

Іноді, він може перебувати в кілька сотень разів далі від ядра, ніж це зазвичай відбувається. Таким чином дослідники створюють атоми з просто гігантською електронною оболонкою, їх називають рідбергівські атоми.

"У рідбергоських станах діаметр атомів стає величезним, а також сили між цими атомами істотно зростають. Саме це змінює спосіб їхньої взаємодії з лазером. Процес призводить до коливного поглинання світла", — зазначає вчений.

Самі по собі гігантські атоми приходять у регулярний ритм, і цей ритм перетворюється на ритм інтенсивності світла, що досягає кінця скляного контейнера.

Нагадаємо, фізики знизили швидкість світла в 10 000 разів під час експерименту. Новий експеримент показує більш ефективний метод уповільнення світла.