Les scientifiques ont confirmé l'existence de "cristaux de temps" - un état de phase de la matière avec une violation de la symétrie temporelle

La structure du cristal temporel se répète périodiquement non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps. Par exemple, un anneau d'atomes refroidis dans un champ magnétique faible.

Donc, ce n'est plus un discours vide et non une théorie nue. La semaine dernière, la revue faisant autorité Physical Review Letters a publié un article scientifique par un professeur adjoint à l'Université de Californie, Berkeley, Norman Yao avec des collègues, dans lequel il donne un diagramme pour créer un cristal temporel et une technique d'enregistrement d'état spécifique à cette une nouvelle forme de matière.

Maintenant, un pont a été construit entre la théorie et la réalité - tout le monde peut répéter l'expérience sur la création de cristaux temporels, et cette théorie du prix Nobel Wilcek peut être considérée comme confirmée expérimentalement.

En 2012, le physicien hors pair Frank Wilcek a avancé l'hypothèse des «cristaux du temps» . Cela devient compréhensible si nous imaginons l'existence d'un cristal dans l'espace-temps d'un autre côté que cela soit accepté. Il est généralement habituel de considérer un réseau cristallin dans l'espace, mais Frank Wilcek a suggéré de le regarder également dans le temps.

Si vous regardez les atomes du réseau cristallin de cette manière, certaines vibrations énergétiques internes se produisent dans un cristal externe stable. Les calculs de Wilcek ont ​​montré que les atomes peuvent former un réseau se répétant constamment dans le temps, revenant à leur position d'origine après différents intervalles de temps, brisant ainsi la symétrie temporelle. Il s'avère que sans la consommation ou la production d'énergie, les cristaux temporaires seront à «l'état fondamental», mais changeront cycliquement la structure, qui du point de vue de la physique est définie comme un mouvement perpétuel.

En septembre 2016, Chris Monroe a créé le premier cristal temporaire dans le laboratoire de l'Université du Maryland à College Park.. Son idée était de créer un système quantique sous la forme d'un groupe d'ions disposé en anneau. Lorsque l'anneau est refroidi, l'état énergétique du système chute au niveau minimum, c'est-à-dire "l'état fondamental". Chris Monroe a pris des ions ytterbium pour créer "l'état fondamental" de l'anneau. Il a utilisé des interactions quantiques pour forcer les ions ytterbium à entrer dans l'état fondamental, puis a corrigé la violation de la symétrie temporelle. Travaux scientifiques publiés sur arXiv.org .

Après le groupe Monroe, une expérience réussie avec la création de cristaux de temps a été menée par des collègues de l'Université de Harvard (l'auteur principal de l'étude était Mikhail Lukin, un employé de Harvard), en utilisant une configuration expérimentale complètement différente avec des centres de vacance d'azote densément emballés dans les diamants. Eux aussiont publié leurs résultats sur arXiv.org . Norman Yao, un représentant du Département de physique de l'Université de Californie à Berkeley, a participé aux travaux de Harvard.

Norman Yao a simultanément travaillé en étroite collaboration avec les équipes de recherche de Monroe et Lukin, ce qui lui a permis d'étudier en détail les principales propriétés de base des cristaux de temps.

Les cristaux de temps répètent périodiquement leur structure, car ils reçoivent périodiquement de l'énergie de l'extérieur. Selon le directeur d'école Yao, cela peut être comparé au mouvement d'un cube de gelée qui a été effleuré avec un doigt. Ayant reçu un effet d'énergie externe, les cristaux de temps présentent un comportement extrêmement intéressant, ce qui en fait un nouvel état de phase de la matière. Il s'agit d'une large classe de matériaux qui ne sont pas naturellement équilibrés .



«Il s'agit certainement d'un nouvel état de phase de la matière», explique Norman Yao. - mais c'est vraiment cool, car c'est l'un des premiers exemples de matière hors d'équilibre. Au cours du dernier demi-siècle, nous avons étudié la matière d'équilibre, à la fois dans les métaux et les diélectriques. Nous commençons à peine à étudier un tout nouveau monde de matière hors d'équilibre. »

Norman Yao lui-même peut difficilement imaginer où les cristaux de temps peuvent être utilisés dans la pratique. D'autres chercheurs suggèrent que les matériaux hors équilibre avec une répétition cyclique de la structure dans le temps peuvent devenir des dispositifs de stockage presque idéaux et trouveront une application dans les ordinateurs quantiques.


La modification des paramètres expérimentaux peut facilement faire fondre un cristal temporel à l'état d'un diélectrique trivial ou le chauffer.Illustration: Norman Yao

Dans un article scientifique récemment publié, Norman Yao décrit un schéma pour créer un anneau de 10 ions ytterbium dans lequel les spins d'électrons interagissent les uns avec les autres comme des qubits dans les ordinateurs quantiques. Pour éliminer les ions de l'équilibre, ils sont irradiés avec une impulsion laser pour créer un champ magnétique faible, et le deuxième laser déroule partiellement les spins des atomes, répétant cet effet plusieurs fois. Étant donné que les spins interagissent entre eux, les atomes se déplacent dans un motif d'interaction reproductible qui détermine la structure du cristal. Un tel schéma a été utilisé lors de l'expérience ci-dessus à l'Université du Maryland.

Dans un cristal du temps, les électrons forment un cristal dans le temps, ce qui ne correspond pas à la symétrie des atomes fixés dans l'espace. C'est ce qui détermine ses propriétés uniques.


Université Crystal Time du Maryland. Illustration: APS / Alan Stonebraker / Phil Richerme

Une autre propriété inhabituelle de cet état de phase est la réponse à l'interaction avec un intervalle qui dépasse l'intervalle d'interaction. Autrement dit, le matériau est irradié avec un laser avec un intervalle de T, et le matériau réagit avec un intervalle de 2T. Il s'agit d'une propriété extrêmement étrange qui ne se trouve pas dans les matériaux ordinaires. Imaginez un cube de gelée qui ne commence à fluctuer qu'au deuxième clic.

Dans les expériences du groupe de Mikhail Lukin avec une configuration expérimentale complètement différente, le même phénomène de violation de la symétrie temporelle a été enregistré - cela prouve que le cristal temporel représente vraiment un nouvel état de phase de la matière.

L'article scientifique a été publié le 18 janvier 2017 dans la revue Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.030401).

Source: https://habr.com/ru/post/fr401051/