Naukowcy zaobserwowali ciągły kryształ czasu. O co chodzi?

Kryształy czasu, zwane również kryształami czasoprzestrzennymi, przez dłuższy czas wydawały się nieosiągalne. W ostatnim czasie poświęconych im badań jest coraz więcej.

W 2012 roku Frank Wilczek, amerykański naukowiec o polskim pochodzeniu, zaproponował istnienie tych niezwykłych struktur. Ich cechą wyróżniającą jest powtarzalność w czasie i przestrzeni. W przyszłości mogłyby natomiast pomóc w badaniach nad wszechświatem czy konstruowaniu zaawansowanych, niezwykle dokładnych zegarów.

Czytaj też: Kryształy czasu połączone po raz pierwszy. Ale na praktyczne zastosowania jeszcze poczekamy

Najnowsze doniesienia na ten temat zostały zaprezentowane na łamach Science i odnoszą się do dokonań naukowców z Uniwersytetu w Hamburgu. To właśnie oni zaobserwowali ciągły kryształ czasu. Tak samo jak woda spontanicznie zamienia się w lód w okolicy punktu zamarzania, łamiąc w ten sposób symetrię translacyjną układu, tak i symetria translacyjna czasu może ulec złamaniu, gdy powstaje kryształ czasu.

Kryształy czasu przez wiele lat wydawały się nieosiągalne

[…] we wszystkich dotychczasowych eksperymentach symetria translacji w czasie ciągłym jest łamana przez napęd periodyczny. Wyzwaniem dla nas było stworzenie układu, który spontanicznie łamie symetrię translacji w czasie ciągłym. wyjaśnia Hans Keßler

Tak jak sobie założyli, tak zrobili. Autorzy badań wykorzystali kondensat Bosego-Einsteina wewnątrz optycznej wnęki oraz pompę niezależną od czasu. Dzięki temu byli w stanie zaobserwować fazę cyklu granicznego, która charakteryzuje się okresowymi oscylacjami wewnątrzgrawitacyjnej liczby fotonów. Towarzyszyła im cykliczna zmiana gęstości atomowej w powtarzających się wzorcach.

Czytaj też: W polikryształach odkryto rzadki stan kwantowy. Nadchodzą lepsze ekrany LCD i precyzyjniejsze lasery

Jak zauważyli, faza czasowa oscylacji przyjmuje losowe wartości pomiędzy 0 a 2π, co jest zgodne z przewidywaniami dotyczącymi spontanicznie łamanej symetrii ciągłej. Za sprawą identyfikacji obszaru stabilności w odpowiedniej przestrzeni parametrów i potwierdzenia, że oscylacje w cyklu granicznym utrzymują się nawet w obecności silnych perturbacji czasowych, badacze wykazali odporność fazy dynamicznej.