Западно-Сибирский научный центр

Телефон для звонков, ЗапСибНЦ

+7-999-430-3913
Всегда рады помочь!

Электронная почта для заявок и вопросов, ЗапСибНЦ

conference@sibscience.ru
E-mail для вопросов и заявок.

Новостной разделФизика

Создан первый в мире «Кристалл времени»

Существование кристаллов времени было предсказано еще в 2012 году лауреатом Нобелевской премии Франком Вильчеком. 4 октября 2016г Крису Монро из университета Мэриленда в Колледж-Парке и его коллегам удалось воплотить предположение в жизнь.

Создан первый в мире «Кристалл времени»

Интересной особенностью кристаллов является их выборочная симметрия. Кристаллы формируют повторяющиеся шаблоны-грани, которые одинаковы в некоторых, но не всех, направлениях. Это удивительно, ведь законы физики, «создающие» эти кристаллы, работают во все направления одинаково.

Симметричность законов физики вопреки особенности кристаллов известна как «нарушение симметрии». Важно отметить, что законы физики симметричны не только в пространстве, но и во времени. Возникает интересный вопрос о возможности создания выборочной симметрии времени таким же образом. Другими словами, есть возможность создания кристаллов времени?

Ученому Крис Монро (Chris Monroe) в университете Мэриленда в Колледж-Парке (США) и его товарищам удалось создать подобный кристалл в лабораторных условиях.

Теоретический процесс создания кристаллов времени прост. Идея заключается в построении квантовой системы, такой как группа ионов, располагающихся в виде кольца, и охлаждении её до низшего энергетического состояния с целью сохранения абсолютной неподвижности.

Если в течении времени симметрия изменяется, то кольцо должно периодически изменяться во времени. Другими словами, оно будет вращаться, создавая повторяющиеся узоры в пространстве.

Данное теоретическое предположение условно и не учитывает особенности реального квантового мира, не подчиняющегося зависимым от времени переменным. Иначе говоря, охлажденное кольцо ионов оставалось бы неподвижным.

Но бывают обстоятельства, в которых квантовые системы развиваются с течением времени. Монро со своими коллегами сосредоточили внимание на таких системах - линиях ионов Иттербия, взаимодействующих друг с другом.

Подобное взаимодействие приводит к особому поведению. Отличительной особенностью квантовых частиц является то, что они обычно не существуют в определенных местах. Вместо этого они «размазываются» в пространстве и, согласно законам вероятности, появляются в любом месте.

Но в некоторых ситуациях «размазывание» может меняться, образуя, например, Андерсоновские локализации, предсказанные в 1950-х годах.

Физики часто применяют различные воздействия на исследуемые группы частиц с целью обеспечениях их локализации. В своих экспериментах Монро так же использовали воздействие на ионы в виде лазерного луча.

Одним из ключевых свойств ионов Иттербия является их намагниченность спин, которые ученые переворачивали вверх или вниз с помощью лазера. Переворот спина одного иона вызывал переворот следующего, и так далее. Затем эти взаимодействия осциллировали с учетом скорости, зависящей от частоты периода поворота основного спина. Данные измерения должны были показать прямую зависимость поворотов от частоты воздействия лазера.

Но когда ученые провели измерения был найден другой эффект. Было обнаружено, что колебания проходят с периодом вдвое большим по сравнению с исходным. Так как не было стороннего воздействия с таким периодом, единственное объяснение заключается в нарушении временной симметрии. Иными словами, был создан кристалл времени.

В ходе дальнейших экспериментов было обнаружено, что изменение частоты воздействия лазера не изменяет частоту кристалла времени. Слишком большая чистота воздействия привела к разрушению ионной группы. «Когда колебания слишком большие «кристалл начинает плавится», - отметил Крис.

Данное открытие, по словам ученых, может быт использовано в различных квантовых информационных задачах, например, в реализации надежной квантовой памяти.

Не смотря на это, квантовая природа мало изучена, поэтому ученым еще предстоит тщательно исследовать данный вопрос и проверить природу этого эффекта, с целью подтверждения существования квантовых кристаллов.

Более подробно в статье MIT Technology Review

Логотип ЗапСибНЦ