Физики связали два кристалла времени в «невозможном» эксперименте
Кристаллы времени до сих пор остаются очень сложным объектом для изучения. В этот раз физикам удалось впервые объединить два таких кристалла
Мы сталкиваемся с нормальными кристаллами все время в повседневной жизни, от льда в коктейле до бриллиантов в ювелирных изделиях. Хотя кристаллы красивы, для физика они представляют собой нарушение нормальных симметрий природы. Законы физики симметричны в пространстве. Это означает, что фундаментальные уравнения гравитации, электромагнетизма или квантовой механики работают одинаково во всем объеме Вселенной. Они также работают в любом направлении. Например, лабораторный эксперимент, повернутый на 90 градусов, должен дать те же результаты (при прочих равных условиях, конечно).
Но в кристалле эта симметрия нарушается. Молекулы кристалла располагаются в предпочтительном направлении, создавая повторяющуюся пространственную структуру. Кристалл является прекрасным примером «спонтанного нарушения симметрии» — фундаментальные законы физики остаются симметричными, но расположение молекул — нет.
В 2012 году физик Фрэнк Вильчек из Массачусетского технологического института заметил, что законы физики также имеют временную симметрию. Это означает, что любой эксперимент, повторенный позже, должен дать тот же результат. Вильчек провел аналогию с обычными кристаллами, но в измерении времени, назвав эту спонтанную «временную» симметрию кристаллом времени. Несколько лет спустя физики смогли, наконец, показать существование таких объектов на практике.
Соединение кристаллов времени
В новом исследовании физики использовали «магноны» для создания своего кристалла времени. Магноны — это «квазичастицы», которые возникают в коллективном состоянии группы атомов. В этом случае команда физиков взяла гелий-3 — атом гелия с двумя протонами, но только одним нейтроном — и охладила его до десятитысячной градуса выше абсолютного нуля. При этой температуре гелий-3 превращается в конденсат Бозе-Эйнштейна, где все атомы имеют общее квантовое состояние и работают согласованно друг с другом.
В этом конденсате все спины электронов в гелии-3 соединялись и изменялись вместе, создавая магноны — своего рода волны магнитного поля. Эти волны постоянно двигались то в одну, то в другую сторону, придавая объекту свойства кристалла времени. Команда ученых взяла две группы магнонов, каждая из которых работала как отдельный кристалл времени, и приблизила их достаточно близко, чтобы они влияли друг на друга. Объединенная система магнонов действовала как один кристалл времени с двумя разными состояниями.
Исследователи надеются, что их эксперименты могут помочь создать «мост» между квантовой и классической физикой. Их цель — создать кристаллы времени, которые взаимодействуют со своей средой без распада квантовых состояний, позволяя кристаллу времени существовать, пока он используется для каких-либо целей. Например, для квантовых вычислений.