Кристаллы времени, состояние материи, которое повторяется во времени, были впервые созданы в 2012 году. Но эти материалы требуют подталкивания от внешних источников, таких как лазеры, для создания их ритмического поведения. Теперь ученые предложили новый тип кристаллов, который будет работать без внешних воздействий. Дальние взаимодействия между частицами могут создавать структуру, которая регулярно повторяется во времени.
Недавно предложенный тип кристалла времени мог стоять один.
Кристаллы времени - это структуры, которые регулярно повторяются во времени, так же, как стандартный кристалл состоит из атомов, расположенных в пространстве с регулярно повторяющейся структурой. Ученые впервые создали кристаллы времени в 2016 году. Но эти кристаллы требуют периодических взрывов от лазера, чтобы начать их ритмичное поведение.
Теперь двое ученых набросали теоретический проект новой версии странного состояния материи. Их временной кристалл будет сохраняться без какого-либо участия внешнего мира, сообщается в письмах от 22 ноября.
Впервые предложенная в 2012 году физики теоретиков Вильчки из MIT и Альфред Shapere из Университета Кентукки в Лексингтоне , идея кристаллов времени была изначально противоречивой. Вскоре исследователи доказали теорему о том, что в обычных условиях кристаллы времени не могут существовать.
Но комната для маневра осталась: две ситуации, не включенные в теорему о запрете, оставляли открытой возможность создания необычных материалов. Единственным исключением были системы, для которых энергия поступает извне, например, через лазеры. Это то, что известно в терминологии физики как «управление» системой, и именно так ученые до сих пор создавали все время кристаллы .
Но физики-теоретики Александр Кириенко из Университета Эксетера в Англии и Валерий Козин из Исландского университета в Рейкьявике хотели разработать самоподдерживающийся временной кристалл. «Мы сказали:« Мы вообще не хотим управлять системой », - говорит Кириенко.
Пара воспользовалась вторым исключением из правила о запрете движения - системы, в которых используются очень дальние взаимодействия, в которых атомы или другие крошечные частицы, разделенные большими расстояниями, могут влиять друг на друга. Такие эффекты дальнего действия обычно не возникают в природе: например, два атома на противоположных сторонах комнаты обычно не оказывают силы друг на друга.
Основываясь на таких взаимодействиях, исследователи придумали новый сценарий кристаллов времени, состоящий из набора множества таких частиц, каждая из которых имеет спин - квантовую версию углового момента. Взаимодействия между спинами частиц должны быть сконфигурированы так, чтобы частицы, находящиеся рядом и далеко, одновременно влияли друг на друга, через некоторую неопределенную квантовую гимнастику в лаборатории. А частицы в кристалле времени будут сильно перепутаны друг с другом, что означает, что они имеют общие квантовые связи, которые могут сохраняться на больших расстояниях .
В таких условиях отдаленные части кристалла времени могут влиять друг на друга. Результатом является то, что корреляция между спинами - независимо от того, были ли спины соседних частиц выровнены или нет - будет бесконечно колебаться во времени по регулярной схеме, образуя временной кристалл, говорят исследователи.
Ученые обычно изучали системы частиц, в которых взаимодействия являются ближними или локальными. Но исследователи давно знают, что «что-то странное происходит после того, как местность нарушена», - говорит физик Харуки Ватанабе из Токийского университета, один из исследователей, доказавших теорему «не ходи». «Поэтому я не удивлюсь такому поведению взаимодействующих систем на больших расстояниях», - говорит он.
Но неясно, могут ли такие системы быть созданы в лаборатории. Это не легкая задача - производить взаимодействия на большом расстоянии между многими частицами одновременно. «Я не думаю, что возможно реализовать предложенную ими систему взаимодействия на большие расстояния», - говорит Ватанабе. Но Шапер настроен оптимистично, предполагая, что ученые могут использовать квантовые компьютеры или холодные атомы для создания предлагаемого временного кристалла или тому подобного.