Атомы в кристалле времени никогда не устанавливаются в так называемое тепловое равновесие, состояние, в котором все они имеют одинаковое количество тепла. Это один из первых примеров широкого нового класса материи, называемого неравновесными фазами, который был предсказан, но до сих пор оставался недосягаемым.
Подобно исследователям, ступающим на неизведанный континент, физики стремятся исследовать это экзотическое новое царство.«Это открывает дверь в совершенно новый мир неравновесных фаз», — говорит Эндрю Поттер, доцент физики Техасского университета в Остине. «Мы взяли эти теоретические идеи, над которыми копались последние пару лет, и фактически создали их в лаборатории. Надеюсь, это только первый пример из них, и многие другие будут в будущем».Некоторые из этих неравновесных фаз материи могут оказаться полезными для хранения или передачи информации в квантовых компьютерах.
Поттер является частью команды, возглавляемой исследователями из Университета Мэриленда, которые впервые успешно создали кристалл из ионов или электрически заряженных атомов элемента иттербия. Применяя правильное электрическое поле, исследователи подняли 10 таких ионов над поверхностью, как помощник фокусника. Затем они ударили по атомам лазерным импульсом, заставив их перевернуться с ног на голову. Затем они били их снова и снова в обычном ритме.
Это создало шаблон сальто, которое повторялось во времени.Важно отметить, что, как отметил Поттер, последовательность переворотов атомов повторяется вдвое медленнее, чем лазерные импульсы. Это было бы похоже на удары по связке клавиш пианино два раза в секунду, а ноты выходили только один раз в секунду.
Это странное квантовое поведение было признаком, предсказанным им и его коллегами, и помогло подтвердить, что результат действительно был кристаллом времени.В команду также входят исследователи из Национального института стандартов и технологий, Калифорнийского университета, Беркли и Гарвардского университета, а также из Университета Мэриленда и Университета штата Остин.
Фрэнк Вильчек, физик из Массачусетского технологического института, лауреат Нобелевской премии, в 2012 году читал лекцию о кристаллах, когда задался вопросом, можно ли создать такую фазу материи, что ее атомы движутся по схеме, повторяющейся во времени, а не просто в космосе.Поттер и его коллега Норман Яо из Калифорнийского университета в Беркли создали рецепт создания такого кристалла времени и разработали способы подтверждения того, что после того, как вы построили такой кристалл, это действительно было настоящее дело.
Эта теоретическая работа была публично анонсирована в августе прошлого года, а затем опубликована в январе в журнале Physical Review Letters.Команда под руководством Криса Монро из Университета Мэриленда в Колледж-Парке построила кристалл времени, и Поттер и Яо помогли подтвердить, что он действительно обладает свойствами, которые они предсказывали.
Команда объявила об этом прорыве — построении кристалла рабочего времени — в сентябре прошлого года и публикует полное рецензируемое описание сегодня в журнале Nature.Группа под руководством Михаила Лукина из Гарвардского университета создала второй кристалл через месяц после первой команды, в данном случае из алмаза.