Физики впервые создали квантовый "временной кристалл"
МОСКВА, 7 окт – РИА Новости. Американские ученые впервые смогли создать экзотическую структуру – так называемый "временной кристалл", внутри которого время течет не непрерывно, а своеобразными "шагами", говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org
Кристаллы времени – необычные структуры, чье существование было предсказано в феврале 2012 года нобелевским лауреатом Фрэнком Вильчеком (Wilczek). Их главное свойство – в них законы физики будут вести себя особым образом, порождая необычные периодические структуры не в пространстве, как в обычных кристаллах, а во времени.
Почти все физические законы в нормальных условиях работают одинаково в любой временной точке. Формулы, описывающие физические процессы, не меняются при сдвиге времени на произвольное значение назад или вперед. Четыре года назад Вильчек предположил, что это правило – так называемая однородность времени – может нарушаться внутри экзотически устроенной материи, на поддержание которой требуется наименьшее количество энергии.
При наблюдении за таким кристаллом нам будет казаться, что он движется, хотя на самом деле он будет находиться в состоянии абсолютного покоя. Его "движение" будет составлено из повторяющихся во времени дискретных элементов, подобных частицам материи в обычных кристаллах, что и заставило Вильчека назвать эту форму материи "временным кристаллом".
Многие ученые сомневались, что подобная форма материи может существовать в принципе, так как этому будут мешать законы квантовой механики, однако Цзехан Чжан (Jiehang Zhang) из университета штата Мэриленд в Колледж-Парке (США) и его коллеги нашли способ обойти эти ограничения и впервые увидеть подобный кристалл. Для этого они создали квантовую систему, которая находится в постоянном состоянии неустойчивости и меняется со временем.
Квантовый временной кристалл, созданный Чжаном и его коллегами, представляет собой набор из ионов иттербия, охлажденных до почти абсолютного нуля и расположенных по отношению друг к другу таким образом, что их спины постоянно взаимодействуют, переключая друг друга "по очереди".
Эти взаимодействия приводят к тому, что атомы редкоземельного металла фактически перестают вести себя как квантовые объекты и локализуются – становятся четко видимыми – в какой-то конкретной точке пространства, а не остаются в "размазанном" виде, как "нормальные" жители квантового мира.
Меняя спины этих атомов при помощи лазера, американские ученые заметили нечто необычное – через некоторое время после проведения манипуляций частота "переключения " спинов внезапно удваивалась.
Так как атомы никак иначе не взаимодействовали с окружающим миром и ученые не вмешивались в их работу, подобное поведение, по мнению Чжана и его коллег, может объясняться только тем, что данная структура является временным кристаллом, однородность времени в котором нарушается. Это подтверждается тем, что любые манипуляции лазером не меняли частоту "переключений" в самом кристалле – она всегда была одинаковой, несмотря на увеличение или уменьшение частоты переключения спинов лазером.
Как полагают ученые, подобные структуры можно использовать для создания квантовой памяти и ряда других эзотерических устройств, однако они признают то, что многие ученые захотят сначала перепроверить их выводы, и лишь потом думать о возможных практических применениях.