Реализация кристалла времени, - фазы материи, которая может спонтанно нарушать непрерывную временную симметрию, - впервые удалась ученым из Института лазерной физики Гамбургского университета. Результаты эксперимента они опубликовали на днях в онлайн-журнале Science.
Впервые идею такого кристалла озвучил лауреат Нобелевской премии по физике Франк Вильчек всего 10 лет назад. Он предположил, что по аналогии с нарушением трансляционной симметрии в пространстве (например, когда вода замерзает и становится льдом, теряя пространственную однородность), также в некоторых структурах возможно нарушение однородности во времени, то есть нарушение временной симметрии.
Кристаллы времени (по другому темпоральные кристаллы) уже наблюдались в дискретном времени. Однако все это были закрытые или открытые квантовые системы, в которых нужный эффект достигался с помощью периодического внешнего воздействия. Чаще всего использовался лазер.
«Однако во всех предшествующих экспериментах симметрия переноса с непрерывным временем нарушалась периодическим по времени воздействием», — рассказывает доктор Ханс Кесслер из группы профессора Андреаса Хеммериха в Cluster of Excellence CUI: Advanced Imaging of Matter. «Наша задача состояла в том, чтобы реализовать систему, которая спонтанно нарушает симметрию непрерывного перевода времени».
Использование конденсата Бозе-Эйнштейна в высокоточном оптическом резонаторе
Свой эксперимент ученые построили на использовании конденсата Бозе-Эйнштейна, поместив его внутрь высокоточной оптической полости.
Независимая по времени накачка позволила им наблюдать фазу предельного цикла, характеризующуюся возникающими периодическими колебаниями числа внутрирезонаторных фотонов, которые сопровождались повторяющимися циклами атомной плотности.
Ученые заметили, что фаза временных колебаний характеризуется абсолютно случайными значениями в диапазоне от 0 до 2π. Именно такое поведение кристалла времени и является ожидаемым при спонтанно нарушенной непрерывной симметрии.
Выяснив для соответствующего пространства параметров границы области устойчивости, они добились постоянства колебаний предельного цикла даже в условиях сильных возмущений по времени. Таким образом они получили устойчивость динамической фазы кристалла времени.
Поэтому на сегодняшний день данное исследование претендует на достижение результата наиболее близкого к классической интерпретации кристалла времени Вильчека.
Видео по теме:
