Лента TH Новости Глобальные вызовы


Исследователи создают «кристаллы времени», предусмотренные учеными Университета Принстона

∴ 141

Две группы исследователей, базирующиеся в Гарвардском университете и Университете штата Мэриленд, сообщили, об успешном создании кристаллов времени, с использованием теорий, разработанных в Принстонском университете. В состав команды в Гарварде вошли ученые из Принстона, которые сыграли фундаментальную роль в разработке теоретического понимания, которое привело к созданию этих экзотических кристаллов.

166

В 2015 году Шиваджи Сондхи и его коллеги: аспирантка Ведика Хемани (которая получила докторскую степень, в Принстоне в 2016 году и сейчас является младшим научным сотрудником в Гарварде), Ахиллес Лазаридес и Родерих Месснер из Института физики Макса Планка в Германии, опубликовали теоретические основы того, как временные кристаллы (поначалу считавшиеся невозможными) могут существовать.

В нашей работе была обнаружен фундаментальный механизм того, как функционируют кристаллы времени. Более того, это открытие основывается на множестве разработок в Принстоне, в которых рассматривается вопрос о том, как мы понимаем сложные системы, находящиеся в состоянии равновесия и не равновесия, что имеет главное значение для объяснения физиками природы повседневного мира.Шиваджи Сондхи, профессор физики в Принстоне

Обычные кристаллы, такие как алмазы, кварц или лед, состоят из молекул, которые спонтанно укладываются в упорядоченные трехмерные узоры. Однако во временных кристаллах атомы расположены по узорам не только в пространстве, но и во времени. В дополнение к содержанию образца, который повторяется в пространстве, кристаллы времени содержат шаблон, который повторяется с определенной периодичностью. Один из способов объяснения основан на том, что атомы в кристалле движутся с определенной скоростью. Это словно равномерное колебание молекул, без вмешательства извне.

Концепция временных кристаллов возникла у физика Фрэнка Вильчека в Массачусетском технологическом институте. В 2012 году лауреат Нобелевской премии и бывший профессор из Принстона думал о сходстве между пространством и временем. Говоря языком физики, кристаллы «нарушают трансляционную симметрию в пространстве», потому что атомы собираются в жесткие структуры, а не равномерно распределены, так как они находятся в жидкости или газе. Не должны ли быть также кристаллы, нарушающие трансляционную симметрию во времени?

Атомы движутся во времени, но вместо того, чтобы двигаться как жидкость (непрерывно), они движутся периодическим образом. Это была интересная идея.
Шиваджи Сондхи, профессор физики в Принстоне

Сондхи и Хемани в 2015 году разработали теорию о том, как могут существовать кристаллы времени. Они изучали вопросы о том, как атомы и молекулы располагаются или достигают равновесия, чтобы сформировать фазы материи, такие как твердые тела, жидкости и газы.

Хотя среди физиков было распространено мнение, что все системы в конечном счете упорядочиваются и замирают, работы в течение последнего десятилетия бросила вызов этому понятию. Особенно когда речь касалась состояния атомов при очень низких температурах, где применяются правила квантовой физики. Было исследовано, что существуют системы, которые никогда не придут в равновесие из-за явления, называемого «локализацией многих тел». Явление происходит из-за поведения многих атомов в неупорядоченной квантовой системе, которые влияют друг на друга.

Дополнительная работа исследователей из Microsoft Station Q и Калифорнийского университета в Беркли привела к дальнейшему пониманию временных кристаллов. В результате этих теоретических исследований две группы экспериментаторов начали пытаться построить временные кристаллы в лаборатории. Команда из Гарварда, включавшая Хемани в Гарварде и фон Кейсерлинг в Принстоне, использовала экспериментальную установку, которая включала создание искусственной решетки в синтетическом алмазе. Другой подход в Университете штата Мэриленд, предусматривал использование цепочки заряженных частиц, называемых иттербиевыми ионами. Обе системы показывают возникновение временного кристаллического поведения.

В конечном итоге исследование может привести к идеям защиты информации в квантовых компьютерах. Ученые не собираются останавливаться на достигнутом и продолжают изучать суть кристаллов времени. Что может привести к пересмотру некоторых фундаментальных законов физики.

Филипп Дончев