Eerste experimentele realisatie van een gedispergeerd tijdkristal

Diagram met de optische holte met een Bose-Einstein-condensor in het midden. Krediet: Keßler et al.

Een tijdkristal is een unieke en eigenaardige fase van materie die voor het eerst werd voorspeld door de Amerikaanse natuurkundige Frank Wilczek in 2012. Tijdkristallen zijn tijdanalogen van traditionele ruimtekristallen, beide gebaseerd op structuren die worden gekenmerkt door terugkerende patronen.


In plaats van herhalende patronen in de driedimensionale ruimte te vormen, zoals ruimtekristallen doen, vertonen tijdkristallen veranderingen die zich in de loop van de tijd voordoen in een specifiek patroon. Hoewel sommige onderzoeksteams deze eigenaardige fasen van materie hebben kunnen realiseren, zijn deze realisaties tot nu toe alleen bereikt met behulp van gesloten systemen. Dit riep de vraag op of tijdkristallen ook in open systemen kunnen worden bereikt, in aanwezigheid van dissipatie en decoherentie.

Onderzoekers van het Institute of Laser Physics van de Universiteit van Hamburg hebben onlangs voor het eerst een tijdkristal ontdekt in een open kwantumsysteem. Hun paper werd gepubliceerd in fysieke beoordelingsberichten, zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de studie van de exotische fasen van materie in kwantumsystemen.

“Het primaire doel van ons onderzoek is om de dynamische fasen van materie te onderzoeken die bekend staan ​​​​als hoe de eigenschappen ervan in de loop van de tijd op een ordelijke manier veranderen”, vertelde Hans Kessler, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys.org. “Tijdens mijn doctoraatsstudies onderzochten mijn collega’s en ik de faseovergang van een homogene BEC naar een superradiatieve zelffase, en we bestudeerden hoe het systeem op elkaar inwerkt bij uitdoving van de ene stabiele toestand naar de andere.”

Aangezien geen enkele fysieke toestand inherent stationair is, was de volgende stap voor eerder onderzoek door Kessler en collega’s het onderzoeken van de dynamische fasen van materie. Dit zijn in feite overgangen waardoor materialen in de loop van de tijd van eigenschappen veranderen.

Het belangrijkste doel van de recente studie van de onderzoekers was om in een laboratoriumomgeving een gedispergeerd tijdkristal te bereiken. Om dit te doen, gebruikten ze een kwantumsysteem met meerdere lichamen dat sterk is gekoppeld aan een smalle band Optisch lumen.

Eerste experimentele realisatie van een gedispergeerd tijdkristal

Diagram met de optische holte met een Bose-Einstein-condensor in het midden. Krediet: Keßler et al.

“Het was van cruciaal belang voor onze experimenten dat het lichtveld in de resonator en de intensiteit van het multi-body-systeem gelijk evolueren, wat wordt gegeven door respectievelijk de holtebandbreedte en de frequentie die overeenkomt met de individuele foton-kaatsing,” legde Kessler uit. “Deze modus is uniek in ons atomaire holtesysteem en opent de mogelijkheid om de dynamische fasen van materie te bestuderen.”

Omdat echte fysieke systemen niet volledig geïsoleerd zijn van hun omgeving, zijn ze vatbaar voor dissipatie (d.w.z. energie gaat verloren of verspild). Dit maakt het moeilijk of onmogelijk om voor willekeurige tijdsperioden echt gesloten kwantumsystemen te realiseren. Dit is wat uiteindelijk Kessler en zijn collega’s inspireerde om in plaats daarvan te proberen een tijdkristal in een open kwantumsysteem te realiseren.

“Tot nu toe hebben de tijdkristallen die in verschillende combinaties zijn getoond, een zorgvuldige isolatie van de omgeving nodig gehad, omdat dissipatie een ongewenst effect heeft” van het “oplossen” van tijdkristallen, zei Kessler. “Het unieke van het tijdkristal in onze opstelling van de atoomholte is de positieve rol ervan bij het voorkomen van dissipatie, omdat het helpt de systeemdynamiek te stabiliseren. Het aantonen van de tijdkristalrangschikking in een open systeem is dus de belangrijkste prestatie van ons onderzoek.”

De laatste studie van dit team van onderzoekers levert sterk bewijs dat een discreet tijdkristal kan bestaan ​​in een aangedreven en open atomair holtesysteem. Keßler en collega’s proberen nu een continuümtijdkristal te realiseren met hetzelfde atoomholtesysteem dat ze in hun recente werk hebben gebruikt.

Het belangrijkste verschil tussen het continue dissipatieve tijdkristal en het discrete dissipatieve tijdkristal dat werd bereikt als onderdeel van hun recente studie, is dat de eerste oscilleert, zelfs in de afwezigheid van een cyclische tijdaandrijving. Als gevolg van deze oscillatie snijdt het nieuwe kristal waar ze naar kijken automatisch een continue symmetrie in de tijdtranslatie.

“Zoals we hebben voorgesteld voor het scenario dat in ons recente artikel is beschreven, zou ons atoomholtesysteem transformeren in een toestand van materie die wordt gekenmerkt door periodieke oscillaties bij sommige intrinsieke frequenties,” voegde Kessler eraan toe. “De relatieve fase van oscillaties in zo’n tijdkristal zou naar verwachting waarden tussen 0 en 2 dpi kunnen aannemen. Dit is heel anders dan discrete oscillaties. tijd kristallen, waarbij de relatieve fase 0 of pi kan zijn. In zekere zin is het continue tijdkristal dichter bij het vaste kristal omdat ze allebei de continue symmetrie doorbreken.


Zoeken naar discrete tijdkristallen in klassieke multibody-systemen


meer informatie:
Let op het dissipatieve tijdkristal. fysieke beoordelingsberichten(2021). DOI: 10.1103/ PhysRevLett.127.043602

Pop-up limietcycli en de dynamiek van tijdkristallen in het atomaire holtesysteem. A. fysieke beoordeling(2019). DOI: 10.1103/ PhysRevA.99.053605

Van een continu kristal tot een discreet tijdkristal in een gedispergeerd atomair holtesysteem. Nieuw natuurkundig tijdschrift(2020). DOI: 10.1088 / 1367-2630 / ab9fc0.0

© 2021 Science X Network

de Quote: Eerste experimenteel onderzoek van een dissipatief tijdkristal (2021, 3 september), opgehaald op 3 september 2021 van https://phys.org/news/2021-09-experimental-dissipative-crystal.html

Op dit document rust copyright. Niettegenstaande elke eerlijke handel met het oog op eigen studie of onderzoek, mag geen enkel deel worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden.

READ  President Biden zei dat de aanhoudende NASA-rover die op Mars landt, Amerika en de democratie een klap heeft toegebracht

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *