Создан кристалл времени: физики думали, что это невозможно

Фото: pixabay.com

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.

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.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform