Рига: +3.1°С
Прорыв в классической физике: Кристаллы времени вне квантового мира
Исследователи из Нью-Йоркского университета (NYU) совершили неординарное открытие, продемонстрировав, что экзотическое состояние материи, известное как кристалл времени, может возникать в существенно более простой, классической системе. Традиционно кристаллы времени рассматривались как исключительно квантовое явление, однако команда физиков использовала всего лишь динамики и пенопласт для наглядной демонстрации этого сложного феномена. Результаты их работы, как сообщается, опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.
Физик NYU Дэвид Гриер, который руководил исследованием, отметил, что система примечательна своей невероятной простотой, что выгодно отличает ее от сложных квантовых установок, требующих сверхнизких температур.
Что такое кристаллы времени и почему они странные?
Концепция кристаллов времени была впервые предложена американским физиком Франком Вилчеком в 2012 году. В отличие от обычных кристаллов, таких как кварц или алмаз, атомы которых упорядочены в пространстве и повторяются в трех измерениях, кристаллы времени характеризуются упорядочиванием частиц, которое повторяется во времени, осциллируя по определенному паттерну. Этот паттерн самоподдерживается, нарушая фундаментальную временную симметрию, и возникает без постоянного внешнего возбуждения, своего рода «вечный» внутренний ритм.
«Кристаллы времени захватывают не только из-за возможностей, но и потому, что кажутся такими экзотическими и сложными. Наша система примечательна тем, что она невероятно проста», — комментирует Дэвид Гриер.
Акустическая левитация как инструмент
В основе эксперимента лежала система акустической левитации. Ученые использовали крошечные шарики из пенополистирола (диаметром всего миллиметр-два) и массив динамиков, настроенных на создание стоячей звуковой волны. Звуковое давление позволяло удерживать частицы в воздухе, противодействуя гравитации. Исследователи, среди которых были Миа Моррелл и Лила Эллиотт, изначально изучали так называемые нереципрокные взаимодействия.
Ключевым стало использование двух шариков с незначительными различиями в размере. Шарик большего размера создавал более сильное акустическое возмущение, чем меньший. В результате сила, оказываемая большим шариком на меньший, не была равна ответной силе, что и есть нереципрокность — явление, распространенное в акустике и оптике, но сложное для изоляции.
Несимметричное взаимодействие и самоподдерживающийся ритм
При точно подобранных условиях это асимметричное взаимодействие, опосредованное рассеянными звуковыми волнами, заставляло пару шариков самопроизвольно входить в устойчивый временной паттерн. Система могла сохранять этот повторяющийся ритм в течение многих часов без какого-либо внешнего «встряхивания». Это наименьшая возможная система, демонстрирующая поведение, соответствующее определению кристалла времени, и, что важно, делающая это на макроскопическом уровне.
Перспективы и значение
Хотя практические применения этой конкретной демонстрации пока неочевидны, открытие имеет большое значение для науки. Изучение нереципрокных взаимодействий может пролить свет на работу некоторых биохимических систем в организме. Более того, работа доказывает, что для исследования некоторых из самых экзотических физических явлений не всегда требуется дорогостоящее квантовое оборудование; иногда достаточно базовых принципов акустики и подручных материалов, таких как пенопласт.
Следите за новостями на других платформах: