Ученые из Университета Колорадо в Боулдере сообщили о первом в своем роде временном кристалле, который можно наблюдать без микроскопа. Объект изготовлен из материала, привычного каждому пользователю смартфонов, — жидких кристаллов.
Что такое временной кристалл
Временные кристаллы — одно из самых загадочных явлений квантовой физики. В отличие от обычных кристаллов, где атомы расположены в пространственной решетке, временные кристаллы повторяют движения во времени, создавая «ритмический» порядок.
Концепцию таких структур в 2012 году предложил Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. Он описал их как системы, нарушающие симметрию: атомы не остаются в фиксированных положениях, а периодически меняют их.
С тех пор несколько групп ученых сумели продемонстрировать временные кристаллы, но они существовали лишь доли секунды и имели микроскопические размеры.
Новый подход: кристалл из жидких кристаллов
Команда Ханьцина Чжао и профессора Ивана Смалюка решила преодолеть ограничения прежних экспериментов. Для этого они использовали жидкие кристаллы — молекулы, находящиеся в промежуточном состоянии между жидкостью и твердым телом.
Ключевым элементом стали так называемые «изломы» молекул — структурные дефекты, которые при сжатии ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом.
Ученые собрали систему из двух стеклянных пластин, покрытых красителем, и поместили между ними раствор жидких кристаллов. Когда на нее направили поляризованный свет, молекулы красителя начали двигаться, вызывая сжатие жидкого кристалла и формируя тысячи изломов.
Результат — динамическая структура, где изломы образуют повторяющиеся во времени узоры.
«Психоделические полосы», видимые глазом
Эти узоры напомнили исследователям психоделические «тигровые полосы». В отличие от предыдущих экспериментов, их можно наблюдать прямо под микроскопом, а при определенных условиях — даже невооруженным глазом.
«Они ведут себя как вечные часы, которые идут без остановки», — отметил Чжао. По его словам, такие кристаллы могут «танцевать» часами, сохраняя устойчивый ритм.
Почему это важно
Созданный объект стал первым временным кристаллом макроскопических размеров, доступным для прямого наблюдения. Это редкий случай, когда квантовое явление выходит за пределы лабораторных микроскопов.
«В этом и красота временного кристалла: достаточно относительно простых условий — вы направляете свет, и все начинает происходить», — пояснил Смалюк.
Потенциальные применения
Хотя исследование в первую очередь носит фундаментальный характер, авторы видят и практические перспективы:
Защита от подделок: динамические узоры могут стать «временными водяными метками» на банкнотах.
Хранение и обработка данных: многослойные структуры кристалла потенциально пригодны для миниатюрных вычислительных центров.
Даже если практического применения не найдется, работа сама по себе является доказательством того, что физические теории могут воплощаться в неожиданных формах.
PS: Ставьте лайк и подписывайтесь на «Ведомости» в Telegram и MAX