物理学家首次拍摄到了时间晶体的振荡

研究人员使用扫描透射X射线显微镜记录下室温环境里由磁振子制成的时间晶体的振荡。他们说,这是时间晶体研究的重大突破。

波兰亚当·米基维奇大学的物理学家帕维尔·格鲁兹凯基说:“我们能够证明这种时空晶体比最初认为的更牢固和具有更大的震荡范围。我们的晶体在室温下会凝结,并且会与粒子相互作用,这与孤立的系统不同。此外,它的规格已经可以用具备了可能的应用性。那无疑将带来很多技术上的突破 ”

时间晶体,有时也称为时空晶体,其存在性直到几年前才被确认。正如其名称所暗示的那样,它们令人着迷——与普通晶体非常相似,但还具有非同寻常的特性。

在规则晶体中,原子组成固定的三维网格结构——考虑钻石或石英晶体的原子晶格。这些重复的晶格可以在构造上有所不同,但是在给定的构造中,它们不会偏差态度:它们在空间上自我重复。

在时间晶体中,原子的行为略有不同。它们振荡,首先朝一个方向旋转,然后朝另一个方向旋转。这些振荡被锁定在规则的特定频率上。因此,与规则晶体的结构在空间中重复一样,时间晶体在空间和时间中自我重复。

为了研究时间晶体,科学家经常使用超冷的玻色-爱因斯坦磁子准粒子的冷凝物。磁振子不是真正的粒子,而是由电子自旋聚集激发所组成的看起来仿若粒子一样的东西——就像通过自旋晶格传播的波一样。

格鲁兹凯基和同事、德国马克斯·普朗克智能系统研究所的物理学博士生Nick Träger领导的团队做了一些不同的事情。他们在天线上放置了一条磁坡莫合金,可以通过它发送射频电流。

电流在带材上产生振荡磁场,电磁波从两端传播到带材上。这些波刺激了带钢中的磁振子,然后这些运动的磁振子凝结成重复的图案。

“我们让时空上周期性地重复出现磁子振荡模式,最终,模式传播了出去。因此,我们能够证明时间晶体可以与其他准粒子相互作用。还没有其它人能够在实验中直接显示这一点,更不用说记录在视频中了。”

视频显示了通过钢带传播的磁波;在德国柏林Helmholtz Zentrum的BESSY II同步加速器辐射设施中使用MAXYMUS X射线显微镜以每秒400亿帧的速度拍摄。

时间晶体应在长时间内保持稳定和相干,因为理论上讲,它们以最低的能量状态振荡。该团队的研究表明,驱动的镁质时间晶体可以轻松操纵,从而为重新配置时间晶体开辟了新途径。这可以为一系列实际应用打开物质的状态。

马克斯·普朗克智能系统研究所的物理学家约阿希姆·格拉夫说:“古典晶体的应用领域非常广泛。现在,如果晶体不仅可以在空间上,也可以在时间上相互作用,那么应用范围将极度扩张。在通信,雷达或成像技术领域里,时间晶体的潜力是十分巨大的。”

他们的论文已发表在《物理评论快报》上。

原文:https://www.sciencealert.com/watch-the-first-ever-video-of-a-time-crystal-oscillating

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