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2025-11-15 18:03:00
秩序と混沌の両方のリズムに合わせて鼓動する時間の結晶は、物質が時間を維持できる新しい方法を明らかにしました。
新しい実験により、 タイムロンドークリスタル – 時間の経過とともに繰り返されますが、まったく同じになることはありません。その結果、短期的には混乱が生じますが、長期的には秩序が生まれます。
「この研究では、非周期的だが構造化された駆動力から生じる、新しいタイプの時間的秩序の存在を明らかにします。」 物理学者のチームが書いている カリフォルニア大学バークレー校のレオ・ジュン・イル・ムーン氏とドイツのマックス・プランク複雑系物理研究所のポール・シンドラー氏が率いる。
「私たちの実験は、駆動の周期性を破壊することで、部分的な時間的秩序の新しいエキゾチックな形態をもたらす可能性があることを示しています。」
時間の結晶、 最初に予測された 米国の理論物理学者による フランク・ウィルチェック 2012年に 2016 年に初めて観測される前に、通常の固体を構成するパターン化された原子マトリックスにさらなる複雑性がもたらされます。
ダイヤモンド、石英、塩などの結晶質物質は次のもので構成されています。 三次元原子格子、原子の配置が繰り返されます。別の格子の上に配置された格子のどの部分も一致しますが、それは完全に重ね合わされた場合に限ります。
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時間準結晶とは、原子の振動が構造化されているものの、ペンローズタイルのように繰り返されない結晶のことです。ペンローズタイルとは、完全に繰り返されることはなく、それでも一連の規則に従う次元空間のパターンです。
ムーンと彼の同僚によると、タイムロンドークリスタルはさらに別のバージョンであり、秩序と無秩序の両方を示し、繰り返したり繰り返さなかったりするもので、 ロンドー。
「反復テーマ（ここではストロボ的順序）と対照的な変奏テーマ（ここでは短時間の時間的無秩序）が交互に含まれるパターンは、クラシック音楽ではロンドーとして知られています。」 研究者たちは書いています。
「おそらく、音楽におけるロンドーの最も有名な例の 1 つは、モーツァルトのロンド アッラ トゥルカ (トルコ行進曲) でしょう。したがって、このタイプの時間的順序をロンドー順序と呼びます。」
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研究者らは、ダイヤモンド内の原子スケールの空隙、つまり空孔を利用して時間結晶を作成しました。これらの空孔は、原子が存在する格子サイトです。 すべき 座っていますが、そこには何もありません。これはとして知られています 窒素空孔中心、窒素原子が空のスペースの隣にあります。
研究者らは、レーザーを使用して窒素空孔中心を励起し、ダイヤモンド内の炭素13の核スピンを過分極させた。プログラム可能な 任意波形発生器 次に、周期的なものからランダムなものまで、正確にタイミングを合わせた一連のパルスによってスピンを駆動しました。
研究チームは何百ものいわゆる駆動サイクル、つまりレーザーパルスを注意深く監視し、時折、タイムクリスタルが減衰する前に4秒以上振動することを発見した。
しかし、研究者らは、その数秒間で、各駆動サイクル内に無秩序が存在するにもかかわらず、タイムクリスタルの全体的な状態が各サイクルの開始時に繰り返されることを観察しました。駆動サイクルごとに 1 回だけ検査したところ、システムは完璧なタイミングと同じくらい完璧な順序を示しました。 ストロボライト 糸車上の一連の画像の繰り返しパターンをキャプチャする場合があります。
その後、研究者たちは実験を次のレベルに引き上げました。制御性を説明するために、チームは、「時間ロンドー結晶の実験的観察。時空間秩序における時間的乱れ」というテキストをパルスのタイミングに直接エンコードしました。 ASCII規格。
少なくとも現時点では、これを実際に使用することはできません。しかし、それは将来のいくつかの可能性を示唆しています。
「私たちの実験です」 研究者たちは書いています、「時間秩序を研究するための有望な新しい道を開き、長距離の時間秩序と短いタイムスケールでの微動の無秩序が長く安定して共存することを実証する。」
この研究は、 自然物理学。
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