科学家已经证实了“时间晶体”的存在-一种时间对称性违背的物质相态

时间晶体的结构不仅在空间上而且在时间上周期性地重复。例如，一个在弱磁场中的冷却原子环，

因此，这不再是空谈，也不是纯粹的理论。上周，权威杂志《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表了由加州大学伯克利分校助理教授，诺曼·姚（Norman Yao）及其同事发表的一篇科学文章，他在其中给出了创建时间晶体和状态注册技术的图表。一种新的物质形式。

现在，已经在理论和现实之间架起了一座桥梁-每个人都可以重复创建时间晶体的实验，并且可以认为该诺贝尔奖获得者Wilcek的理论在实验上得到了证实。

2012年，杰出的物理学家Frank Wilcek 提出了“时间晶体”的假设。另一方面，如果我们想象时空中存在一个晶体而不是接受晶体，这将是可以理解的。通常习惯上考虑空间中的晶格，但弗兰克·威尔切克（Frank Wilcek）建议也要及时研究它。

如果以这种方式查看晶格的原子，则在稳定的外部晶体中会发生一些内部能量振动。 Wilcek的计算表明，原子可以在时间上形成一个不断重复的晶格，在不同的时间间隔后返回其原始位置，从而打破了时间对称性。事实证明，没有能量的消耗或产生，临时晶体将处于“基态”，但会周期性地改变结构，从物理学的角度来看，其被定义为永久运动。

2016年9月，克里斯·梦露（Chris Monroe）在马里兰大学学院公园的实验室里创建了第一个临时晶体。。他的想法是创建一组排列成环的离子形式的量子系统。当环冷却后，系统的能量状态将降至最低水平，即“基态”。克里斯·门罗（Chris Monroe）用离子创造了戒指的“基态”。他利用量子相互作用迫使force离子进入基态，然后解决了时间对称性的问题。科学工作发布在arXiv.org上。

在门罗小组成立之后，哈佛大学的同事（该研究的主要作者是哈佛大学的雇员米哈伊尔·卢金（Mikhail Lukin））进行了一次成功的计时晶体创建实验，该实验使用了完全不同的实验装置，并在钻石中装有密集的氮空位中心。他们也是在arXiv.org上发布了他们的结果。加州大学伯克利分校物理系的代表姚诺曼（Norman Yao）参加了哈佛大学的工作。

姚诺曼（Norman Yao）同时与门罗（Monroe）和卢金（Lukin）的研究团队紧密合作，这使他能够详细研究时间晶体的主要基本特性。

时间晶体周期性地重复其结构，因为它们周期性地从外部接收能量。根据班主任姚明的说法，这可以与用手指轻弹的果冻立方体的运动相比。受到外部能量效应的影响，时间晶体表现出极为有趣的行为，这使它们成为物质的新相态。这是一类不自然平衡的材料。



“这绝对是一个新的阶段，” 姚诺曼说。 -但它确实很酷，因为它是非平衡物质的第一个例子。在过去的半个世纪中，我们研究了金属和电介质中的平衡物质。我们现在才开始研究整个非平衡物质的新世界。”

姚诺曼本人几乎无法想象在实践中可以使用时间晶体。其他研究人员认为，具有时间周期性重复结构的非平衡材料几乎可以成为理想的存储设备，并将在量子计算机中得到应用。


更改实验参数可以轻松地将时间晶体融化为微不足道的电介质状态或将其加热。插图：姚曼（Norman Yao）

在新发表的科学论文中，姚曼（Norman Yao）描述了一种创建10个离子环的方案，其中电子自旋彼此相互作用，就像量子计算机中的量子位一样。为了从平衡中除去离子，用激光脉冲照射它们以产生弱磁场，第二个激光部分解开原子的自旋，多次重复这种作用。由于自旋彼此相互作用，因此原子移动到可重复的相互作用模式中，该模式决定了晶体的结构。在马里兰大学的上述实验中使用了这种方案。

在时间晶体中，电子随时间形成晶体，这不对应于固定在空间中的原子的对称性。这就是决定其独特属性的原因。


马里兰水晶时代大学。插图：APS / Alan Stonebraker / Phil Richerme

此相态的另一个不寻常属性是对相互作用的响应，其间隔超过了相互作用间隔。即，以间隔为T的激光照射材料，并且以间隔2T进行反应。这是一个非常奇怪的特性，是普通材料中没有的。想象一下一个果冻立方体，仅在第二次单击时才开始波动。

在Mikhail Lukin小组使用完全不同的实验设置进行的实验中，记录了相同的违反时间对称性的现象-这证明了时间晶体确实代表了物质的新相态。

该科学文章于2017年1月18日发表在《物理评论快报》上（doi：10.1103 / PhysRevLett.118.030401）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN401051/