科学者は、巨大な原子を使用して「不可能な」時間結晶を作成します

2012年、ノーベル賞受賞者 フランク・ウィルツェク 通常の結晶に原子を配置する対称性も時間内に壊れ、それ自身のペースで永遠に鼓動する構造を生成するかどうかを尋ねられました。10年以上後、研究者 ツィンガ大学、から理論家と協力しています ウィーン工科大学、ルビジウムの蒸気がまさにそのようなリズムに落ち着くのを見て、彼らの発見を報告します。 理論物理学研究所のトーマス・ポール教授 あなたはウィーンです、新しい論文の共著者であると、結果はウィルツェクのビジョンを「現実に非常に近い」ともたらすと言います。時間の結晶がどのように異なるかタイムクリスタルは、宇宙ではなく時間的に繰り返され、スノーフレークが湖の均一性を壊す方法で時計の均一性を破ります。 自発的対称性破壊と呼ばれるこのリズムの持続性は、誰もそれを強制していなくてもパターンが生き残ることを意味します。2017年の離散時間結晶の初期のイオントラップデモンストレーションから、2022年に連続バージョンを示す光学能力作業まで、実験室の証拠が急速に成長しました。 しかし、すべてのプラットフォームには、超大量の温度や短い寿命など、物理学者がより明確なテストベッドを望んでいた制限がありました。新しいルビジウムシステムは室温で動作し、数千の振動を見るのに十分な長さで、一度に数百ミリ秒間走行します。 その持久力は、謙虚なガラスセルを、物質の非平衡段階に関する基本的な質問のために実験室に変えます。「ティック周波数は、システムの物理的特性によって事前に決定されますが、ダニが発生する時間は完全にランダムです」とPohlは指摘します。声明は、クリスタルの時計が自分自身を設定し、隠された導体が翼で待っていないことを強調しています。巨大な原子が段階を設定します実験の中心にあります Rydberg Atoms、核から外側の電子が持ち上げられているルビジウム原子は、原子が約100分の4分の4分の4分の髪または0.00004インチに膨張します。これらの肥大化した原子は、誇張された電界を運び、そのサイズを何度も距離を越えて互いに押して引っ張り、ガスを強く相互作用するコミュニティに編みます。 原子は密閉された蒸気セルに座っているため、ほとんど損失はありません。ウルトラコールド雲を悩ませる蒸発を避けます。チームは、2つのレーザーを調整して2つの別々のRydbergレベルを一度に興奮させるために、各原子を運転しました。その選択は、戦争の綱引きを作成しました。1つのレベルは他のレベルを犠牲にしてのみ栄え、決闘は送信された光の波紋として現れた制限サイクル振動を生み出しました。階段に落ちるまで拍手した人のように、原子は単一のビートにロックされました。リズムは、少なくとも80期間、位相コヒーレントのままでした。これは、検出器が追跡できる最長のウィンドウです。時間結晶とレーザー光ランニング中にレーザーの強度や周波数に変化するものはありませんでしたが、伝達された光は数マイクロ秒の期間で上下に行進しました。その自己組織化は、連続時間結晶の署名です。シングルショットデータのフーリエ分析により、基本振動周波数によって間隔が広がるスペクトルピークの鋭い櫛が明らかになりました。 それぞれの走行の早い段階で、ピークは安定したセットに絞り込む前に漂流し、クリスタルが長距離の時間順にスナップした瞬間をマークしました。注文をテストする標準的な方法である自己相関関数は、ドリフトが落ち着くと数十サイクルにわたって平らに留まりました。 プラトーは、パターンが時間とともに洗い流されないことを示しています。これは、一時的な震えではなく、真の対称性破壊を主張するための重要な要件です。プローブビームがランダムな強度ノイズで意図的に揺れたとき、クリスタルは弱い摂動から肩をすくめました。 発振レベルでのみ、振動のコントラストが低下し、それでも信号が背景に消えてしまうまで根本的な周波数がしっかりと保持されました。なぜ多くのボディ競争が重要なのか理論家は、レーザーに結合した単一のライドバーグレベルが、しばしば定常状態または双方向の定常状態に落ち着くことを知っています。 2番目のレベルを追加すると、数学が変わります。ポールと彼の同僚は、巨大な原子の間に長距離ファンデルワールス力を含む平均フィールド方程式でガスをモデル化しました。 彼らの計算は、両方のレベルが十分なレーザー出力を引き出すとすぐに、システムが Hopf分岐、固定点からリミットサイクルに切り替えます。実験の位相図は、その予測と一致します。この分野のレビューは、この協力的な行動が、秩序と位相の移行のアイデアを駆動型の散逸設定にどのように拡張するかを強調しています。新しいシステムでは、競争は個々の原子のサイズをはるかに超えたミリメートルスケールで開始され、標準的な光学系で見えるようになり、エンジニアがパラメーターを実用的にハンドルします。ルビジウムの蒸気は室温にあるため、セットアップは、導波路またはマイクロ波回路と並んでマイクロファブリケートチップに埋め込み、リアルタイムでタイムクリスタルビートを読み取るコンパクトセンサーへのルートを開きます。 最近の研究では、すでにRydberg蒸気を使用して、極端な感度で放射周波数フィールドを検出しています。持続性の位相障害振動は、時計回復、精密分光法、およびおそらく自己参照オシレーターが相タグとして機能する可能性のある重力波検出に役立つ低フェーズノイズシグナルを約束します。理論面では、研究者は現在、静止、双子、および時間結晶体制を含む位相図をマッピングするためのプラットフォームを持っています。 各領域が騒音下でどのように溶けるかをマッピングして、定期的な運転下での変化は、パルス励起の下でのみ現れる離散時間結晶の提案をテストすることができます。蒸気細胞の概念を2次元または3次元にスケーリングすると、空間的なジオメトリが時間的順序に戻るかどうかが明らかになる場合があります。これは、実験ではまだほとんど触れられていません。可能なアプリケーションと未解決の質問蒸気細胞クリスタルは、非平衡熱力学のための生きた教室も提供し、システムが厳格な時間パターンを保持しながらエネルギーとエントロピーをどのように取引するかを示しています。 ここで学んだ教訓は、化学反応、生物時計、さらには経済的なサイクルにおけるリズミカルな行動をモデルに知らせることができます。量子ネットワークに注目しているエンジニアは、時間クリスタルフェーズが共有光子を介してリモートノードを同期できるかどうか疑問に思っています。 ロングレンジのRydbergの相互作用と光学アクセシビリティにより、ルビジウムプラットフォームは魅力的なテストケースになります。まだ解決されていないのは、真に散逸性のない閉じたシステムのクリスタルが存在する可能性があるかどうか、またはビートを安定させるために環境へのカップリングが常に必要かどうかです。現在の仕事は、他のほとんどの人と同様に、ドライブと損失のバランスに依存しています。別の問題は、古典的な人口振動ではなく、量子一貫性が、巨視的な連続時間結晶でどのように現れるかです。 Rydbergメディアをハイフィネスキャビティに結合する実験は、すぐにその政権を調査するかもしれません。この研究はに公開されています 自然物理学。- -Eric RallsとEarth.comから提供された無料のアプリであるEarthSnapで私たちをチェックしてください。- - #科学者は巨大な原子を使用して不可能な時間結晶を作成します