Istraživači u novoj studiji promatrali kontinuirani vremenski kristal

Ideja vremenskog kristala potječe još od nobelovca Francka Wilczeka koji je prvi predložio taj fenomen. Slično kao voda koja se spontano pretvara u led oko točke smrzavanja, čime se narušava translacijska simetrija sustava, simetrija vremenske translacije u dinamičkom sustavu s više tijela spontano se lomi kada se formira vremenski kristal.

Razbijanje simetrije kontinuirane vremenske translacije

Istraživači s Instituta za lasersku fiziku na Universität Hamburgu uspjeli su po prvi put realizirati vremenski kristal koji spontano razbija simetriju kontinuirane vremenske translacije. Svoju studiju objavili su u znanstvenom časopisu Science u četvrtak, 9. lipnja 2022.

U prethodnim istraživanjima, znanstvenici su promatrali diskretne ili Floquet vremenske kristale u periodično pokretanim zatvorenim i otvorenim kvantnim sustavima. “U svim prethodnim eksperimentima, međutim, simetrija translacije u kontinuiranom vremenu narušena je vremenski periodičnim potiskom”, kaže dr. Hans Keßler iz grupe prof. Andreasa Hemmericha u Cluster of Excellence CUI: Advanced Imaging of Matter. “Izazov za nas je bio realizirati sustav koji spontano razbija simetriju kontinuiranog vremenskog prijevoda.”

‘Vremenski kristali’ uvod u novu eru kvantnog računanja

Vremenski kristali

Vremenski kristali se klasificiraju kao diskretni ili kontinuirani ovisno o tome da li spontano prekidaju diskretnu ili kontinuiranu simetriju vremenske translacije. U ovom istraživanju, znanstvenici su promatrali faze graničnog ciklusa u kontinuirano pumpanom disipativnom sustavu atom-šupljina koje su karakterizirana pojavnim oscilacijama u broju fotona unutar šupljine.

Utvrđeno je da je faza titranja nasumična za različite realizacije, pa stoga ovo dinamičko stanje više tijela spontano narušava kontinuiranu vremensku simetriju translacije. Nadalje, promatrani granični ciklusi otporni su na vremenske perturbacije i stoga pokazuju realizaciju kontinuiranog vremenskog kristala.

Prostor-vremenski kristali rješavaju desetljećima staru dilemu

Korištenje Bose-Einstein kondenzata unutar optičke šupljine visoke finoće

U svom eksperimentu znanstvenici su koristili Bose-Einsteinov kondenzat unutar optičke šupljine visoke finoće. Koristeći pumpu neovisnu o vremenu, promatrali su fazu graničnog ciklusa koju karakteriziraju pojavne periodične oscilacije broja fotona unutar šupljine praćene cikličkom atomskom gustoćom kroz ponavljajuće obrasce.

Inače, Bose-Einsteinova kondenzat (po S. N. Boseu i A. Einsteinu) je pojava svojstvena bozonima pri kojoj se velik broj atoma nalazi u istom energetskom stanju dok je temperatura sustava dovoljno niska. Prvi je put postignuta 1995. na Sveučilištu Colorado u Boulderu, hlađenjem plina rubidijevih atoma do iznimno niske temperature (nešto iznad apsolutne nule) u atomskoj stupici.

U novoj studiji, istraživači su pak otkrili da vremenska faza oscilacija poprima slučajne vrijednosti između 0 i 2π, kao što se i očekivalo za spontano narušenu kontinuiranu simetriju. Identificirajući područje stabilnosti u relevantnom prostoru parametara i pokazujući postojanost oscilacija graničnog ciklusa čak i u prisutnosti jakih vremenskih perturbacija, istraživači su pokazali robusnost dinamičke faze.

Fizičari sa Stanforda stvaraju vremenske kristale pomoću kvantnih računala

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

– t.me/kozmoshr

Izvori:

Phatthamon Kongkhambut et al, Observation of a continuous time crystal, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abo3382

Anonymous (10. lipnja 2022.), Researchers observe continuous time crystal, University of Hamburg, Phys.org (pristup 15. lipnja 2022.)