Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаФизики открывают квантовое бессмертие с помощью революционного кристалла времени

Физики открывают квантовое бессмертие с помощью революционного кристалла времени

- Advertisement -

Ученые добились значительного прогресса в области квантовой физики, создав кристалл времени, срок жизни которого в миллионы раз превышает достигнутый ранее. Это открытие подтверждает теоретическое предсказание кристаллов времени, сделанное нобелевским лауреатом Франком Вильчеком в 2012 году, демонстрирующее периодическое поведение в системе без периодического внешнего воздействия.

Исследователи успешно продлили срок службы кристаллов времени, подтвердив теоретическую концепцию, предложенную Фрэнком Вильчеком. Это знаменует собой значительный шаг вперед в квантовой физике.

Команде из Технического университета Дортмунда недавно удалось создать очень прочный кристалл времени, который прожил в миллионы раз дольше, чем можно было показать в предыдущих экспериментах. Тем самым они подтвердили чрезвычайно интересный феномен, который постулировал около десяти лет назад лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек и который уже нашел отражение в научно-фантастических фильмах. Результаты теперь опубликованы в Физика природы.

Революционное достижение в исследовании кристаллов времени

Кристаллы, или, точнее, кристаллы в пространстве, представляют собой периодическое расположение атомов на больших масштабах длины. Такое расположение придает кристаллам очаровательный вид с гладкими гранями, как у драгоценных камней.

Поскольку физика часто рассматривает пространство и время на одном и том же уровне, например, в специальной теории относительности, Фрэнк Вильчек, физик Массачусетского технологического института (MIT) и лауреат Нобелевской премии по физике, в 2012 году постулировал, что, кроме того, Помимо кристаллов в пространстве, должны быть кристаллы и во времени. Для этого, по его словам, одно из их физических свойств должно самопроизвольно начать периодически меняться во времени, даже если система не испытывает соответствующего периодического вмешательства.

То, что выглядит как пламя, — это измерение нового кристалла времени: каждая точка соответствует экспериментальному значению, что приводит к различным взглядам на периодическую динамику поляризации ядерных спинов кристалла времени. Фото: Алекс Грейлих/ТУ Дортмундского университета.

Понимание кристаллов времени

То, что такие кристаллы времени возможны, было предметом спорных научных дебатов в течение нескольких лет, но быстро появилось в кинотеатрах: например, кристалл времени сыграл центральную роль в фильме Marvel Studios «Мстители: Финал» (2019). Начиная с 2017 года, ученым действительно несколько раз удавалось продемонстрировать потенциальный кристалл времени.

Доктор Алекс Грейлих работает в исследовательском центре конденсированного состояния факультета физики Дортмундского технического университета. Фото: Технический университет Дортмунда.

Однако это были системы, которые – в отличие от первоначальной идеи Вильчека – подвергаются временному возбуждению с определенной периодичностью, но затем реагируют с другим периодом, вдвое более продолжительным. Кристалл, который ведет себя периодически во времени, хотя возбуждение не зависит от времени, т. е. постоянно, был продемонстрирован только в 2022 году в конденсате Бозе-Эйнштейна. Однако кристалл прожил всего несколько миллисекунд.

Скачок в долголетии кристаллов времени

Физики Дортмунда под руководством доктора Алекса Грейлиха разработали специальный кристалл из арсенида индия-галлия, в котором ядерные спины действуют как резервуар для кристалла времени. Кристалл постоянно освещается, так что поляризация ядерных спинов формируется за счет взаимодействия со спинами электронов. И именно эта спиновая поляризация ядра затем спонтанно порождает колебания, эквивалентные кристаллу времени.

Состояние экспериментов в настоящее время таково, что время жизни кристалла составляет не менее 40 минут, что в десять миллионов раз дольше, чем было продемонстрировано на сегодняшний день, и потенциально он может жить гораздо дольше.

Путем систематического изменения условий эксперимента можно изменять период кристалла в широких пределах. Однако возможно также перемещение в области, где кристалл «плавится», т. е. теряет периодичность. Эти области также интересны тем, что тогда проявляется хаотичное поведение, которое может сохраняться в течение длительного периода времени. Впервые учёным удалось использовать теоретические инструменты для анализа хаотического поведения таких систем.

Ссылка: «Робастный кристалл непрерывного времени в электронно-ядерной спиновой системе», А. Грейлих, Н. Е. Коптева, А. Н. Каменский, П. С. Соколов, В. Л. Коренев и М. Байер, 24 января 2024 г., Физика природы.
DOI: 10.1038/s41567-023-02351-6

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме