Впервые получены стабильные кристаллы времени

Ученые из Венского технического университета выяснили, что кристаллы времени могут формироваться благодаря квантовым корреляциям между частицами — флуктуациям, которые раньше считались препятствием для их существования. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Природа наполнена ритмами: смена времен года связана с движением Земли вокруг Солнца, а тиканье маятниковых часов определяется колебанием маятника. Но регулярные ритмы могут возникать и иначе — спонтанно, без внешнего «метронома», за счет взаимодействия множества частиц. Такое явление называют «кристаллом времени».

Когда жидкость замерзает, хаотичное движение частиц сменяется строгим порядком: образуется кристалл с регулярной решеткой. Нарушается пространственная симметрия — появляются направления, отличные от других.

Ученые задали вопрос: может ли аналогичная «симметрия» нарушаться не в пространстве, а во времени? Может ли система, изначально одинаковая в любой момент, самопроизвольно обрести ритм?

«Считалось, что кристаллы времени возможны только в особых системах, например в квантовых газах, где удобно описывать поведение средними значениями, игнорируя случайные квантовые флуктуации», — пояснил Феликс Руссо из Института теоретической физики Вены.

Однако расчеты показали обратное: именно квантовые корреляции, которые ранее считали дестабилизирующими, могут формировать и поддерживать временной порядок. За счет сложных взаимодействий частицы начинают вести себя коллективно, и система начинает «осциллировать» — как будто сама завела себе часы.

Исследователи смоделировали двумерную решетку частиц, удерживаемых лазерным полем. В такой системе возникали спонтанные колебания, вызванные именно квантовыми взаимодействиями.

Открытие помогает глубже понять поведение квантовых многочастичных систем и может послужить основой для развития новых квантовых технологий и сверхточных методов измерений.