Кристал, який може згинати час

Кристал, який може згинати час

Атом Рідберга містить електрон далеко від ядра. Автор зображення: Віденський технологічний університет

Дослідникам вдалося створити дуже дивний стан матерії, в якому діаметр її атомів у сто разів перевищує її звичайний діаметр.

Кристали часу, запропоновані лауреатом Нобелівської премії Френком Вільчеком у 2012 році, тепер успішно створені за допомогою атомів Рідберга та лазерного світла в університеті Цінхуа в Китаї за теоретичної підтримки Віденського технологічного університету в Австрії. Цей новий стан матерії не відтворюється в просторі, як традиційні кристали, а в часі, демонструючи спонтанні періодичні ритми без зовнішнього стимулу, явище, відоме як спонтанне порушення симетрії.

Кристал — це розташування атомів, що повторюється в просторі через рівні проміжки часу: у кожній точці кристал виглядає абсолютно однаково. У 2012 році Нобелівський лауреат Френк Вільчек підняв питання: чи може існувати також кристал часу — об’єкт, який повторюється не в просторі, а в часі? Чи можливе виникнення періодичного ритму, навіть якщо системі не нав’язаний певний ритм і взаємодія між частинками повністю не залежить від часу?

Протягом багатьох років ідея Френка Вільчека викликала багато суперечок. Одні вважали кристали часу неможливими в принципі, а інші намагалися знайти лазівки та отримати кристали часу за певних особливих умов. Тепер особливо дивовижний тип кристала часу був успішно створений в університеті Цінхуа в Китаї за підтримки Віденського технологічного університету в Австрії. Команда використовувала лазерне світло та дуже особливі типи атомів, атоми Рідберга, діаметр яких у кілька сотень разів перевищує звичайний. Результати вже опубліковано в журналі Фізика природи.

Автоматичне порушення симетрії

Цокання годинника також є прикладом періодичного руху часу. Однак вони не відбуваються спонтанно: хтось напевно завів годинник і завів його в певний час. Цей час початку визначає час ударів. Інакше йде справа з кристалізацією часу: згідно з ідеєю Вільчека, періодичність має виникати спонтанно, навіть якщо фізичної різниці між різними моментами часу немає.

READ  Хаббл помітив неочікуваний подвійний хвіст у "дивовижному сюрпризі"

«Частота клацання визначається фізичними властивостями системи, але час, коли відбувається клацання, абсолютно випадковий; це відомо як спонтанне порушення симетрії», — пояснює професор Томас Пол з Інституту теоретичної фізики Віденського університету. технології.

Залежні від часу періодичні сигнали

Статична система, заснована на постійному надходженні світла, призводить до періодичних сигналів, що залежать від часу. Авторське право: TU Wien

Томас Пол відповідав за теоретичну частину дослідницької роботи, яка тепер привела до відкриття кристала часу в Університеті Цінхуа в Китаї: лазерне світло було освітлено на скляну ємність, наповнену газом з атомів рубідію. Була виміряна сила світлового сигналу, що досягає іншого кінця контейнера.

«Це фактично постійний експеримент, у якому системі не нав’язується певний ритм, — говорить Томас Пол. — Взаємодія між світлом і атомами завжди однакова, інтенсивність лазерного променя є незмінною який досягає іншого кінця скляної комірки». «Він починає коливатися дуже рівномірно».

Гігантські атоми

Ключем до експерименту було підготувати атоми особливим чином: електрони були підготовлені в… кукурудза Атоми можуть обертатися навколо ядра по-різному, залежно від того, якою енергією вони володіють. Якщо додати енергію до крайнього електрона атома, відстань між ним і атомним ядром може стати дуже великою. У крайньому випадку відстань між ним і ядром може бути в кілька сотень разів більше звичайного. Таким чином утворюються атоми з гігантськими електронними оболонками — так звані атоми Рідберга.

«Якщо атоми в нашій скляній банці готуються в таких станах Рідберга, і їхній діаметр стає величезним, тоді сили між цими атомами також стають дуже великими», — пояснює Томас Пол. «Це, у свою чергу, змінює спосіб взаємодії з лазером. Якщо ви обираєте лазерне світло таким чином, щоб воно могло збуджувати два різних стани Рідберга в кожному атомі одночасно, створюється петля зворотного зв’язку, яка викликає спонтанні коливання. між двома атомними станами, це, у свою чергу, також спричиняє поглинання коливального світла». Самі по собі гігантські атоми перекидаються в регулярному ритмі, і цей ритм перетворюється на ритм інтенсивності світла, що досягає кінця скляної ємності.

READ  CDC повідомив про 5 нових випадків британського варіанту COVID-19 в Айові

«Ми створили тут нову систему, яка забезпечує потужну платформу для поглиблення нашого розуміння феномену кристала часу таким чином, що дуже наближається до оригінальної ідеї Френка Вільчека», — говорить Томас Пол. «Точні, самопідтримувані коливання можуть бути використані, наприклад, для датчиків. Гігантські атоми з рідбергівськими станами вже успішно використовувалися для таких методів в інших контекстах».

Довідка: «Дисипативна часова кристалізація в сильно взаємодіючому газі Рідберга» Сяолінг Ву, Чуцін Ван, Фан Янг, Руочен Гао, Чжао Лян, Мен Кхун Те, Сянлян Лі, Томас Пол і Лі Ю, 2 липня 2024 р., Фізика природи.
DOI: 10.1038/s41567-024-02542-9

You May Also Like

About the Author: Monica Higgins

"Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер"

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *