Физиците откриха квантовото безсмъртие с помощта на революционен времеви кристал

Изследователите са успели да удължат живота на времевите кристали, потвърждавайки теоретичната концепция, предложена от Франк Вилчек. Това представлява важна стъпка напред в квантовата физика.

Екип от TU Dortmund University наскоро успя да произведе изключително издръжлив времеви кристал, който живее милиони пъти по-дълго, отколкото можеше да бъде показано в предишни експерименти. По този начин те потвърдиха един много интересен феномен, който беше постулиран от нобеловия лауреат Франк Вилчек преди около десет години и който вече намери своето място в научнофантастичните филми. Резултатите вече са публикувани в Природна физика.

Пионерско постижение в изследването на времевите кристали

Кристалите, или по-точно, кристалите в пространството, са периодични подредби на атоми в големи мащаби на дължина. Тази подредба придава на кристалите изящния им вид, с гладки фасети като при скъпоценните камъни.

Тъй като физиката често третира пространството и времето на едно и също ниво, например в специалната теория на относителността, Франк Вилчек, физик от Масачузетския технологичен институт (MIT) и Нобелов лауреат по физика, предположи през 2012 г., че в допълнение, за кристалите в космоса , трябва да има и кристали във времето. За да е така, каза той, едно от неговите физически свойства трябва да започне да се променя спонтанно периодично с течение на времето, въпреки че системата не изпитва подобни периодични смущения.

Това, което прилича на пламък, е измерването на новия времеви кристал: всяка точка съответства на експериментална стойност, което води до различни възгледи за периодичната динамика на ядрената спинова поляризация на времевия кристал. Източник на изображението: Alex Grealish/TU Dortmund

Разбиране на времевите кристали

Възможността за съществуването на такива времеви кристали е предмет на спорен научен дебат от няколко години – но бързо достигна до кината: например, времевият кристал изигра централна роля във филма на Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). От 2017 г. нататък учените вече са успели на няколко пъти да демонстрират възможен времеви кристал.

Д-р Алекс Грийлиш работи в Центъра за изследване на кондензирана материя към катедрата по физика на ТУ Дортмунд. Кредит: TU Dortmund

Въпреки това, тези системи – противно на първоначалната идея на Wilczek – бяха подложени на временно възбуждане със специфична периодичност, но след това реагираха с друг два пъти по-дълъг период. Кристал, който се държи периодично с времето, въпреки че възбуждането е независимо от времето, т.е. постоянно, беше демонстриран едва през 2022 г. в кондензатор на Бозе-Айнщайн. Кристалът обаче е живял само няколко милисекунди.

Скок във времето кристално дълголетие

Физиците от Дортмунд, ръководени от д-р Алекс Грелих, са проектирали специален кристал, направен от индиево-галиев арсенид, в който ядрените завъртания действат като резервоар за времевия кристал. Кристалът е непрекъснато осветен, така че поляризацията на ядрения спин се формира чрез взаимодействие с електронния спин. Точно тази ядрена спинова поляризация спонтанно генерира трептения, еквивалент на времеви кристал.

Състоянието на експериментите в момента е, че кристалът има живот от най-малко 40 минути, което е 10 милиона пъти по-дълго, отколкото е доказано досега, и вероятно ще живее много по-дълго.

Възможно е да се променя периодът на кристализация в големи мащаби чрез систематична промяна на експерименталните условия. Но също така е възможно да се преместите в области, където кристалът се „разтапя“, т.е. губи своята периодичност. Тези региони също са интересни, тъй като тогава възниква хаотично поведение, което може да се поддържа за дълги периоди от време. Това е първият път, когато учените са успели да използват теоретични инструменти, за да анализират хаотичното поведение на такива системи.

Справка: „Силен непрекъснат времеви кристал в ядрената електронна спинова система“ от А. Грейлих, Н. Е. Коптева, А. Н. Каменски, П. С. Соколов, В. Л. Коренев и М. Байер, 24 януари 2024 г., Природна физика.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6