Nyt twist i søgen efter at udvikle forståelse af tids krystallinsk adfærd

Jagten på at udvikle forståelsen for tidskrystallinsk adfærd i kvantesystemer har taget en ny, spændende twist.

Fysikeksperter fra Universiteterne i Exeter, Island, og ITMO University i Skt.Petersborg, har afsløret, at eksistensen af ​​ægte tidskrystaller til lukkede kvantesystemer er mulig.

Forskelligt fra andre undersøgelser, der hidtil betragtede åbne kvantesystemer som ikke er i ligevægt, hvor tilstedeværelsen af ​​et drev inducerer tids-periodiske svingninger, forskere har teoretisk fundet et kvantesystem, hvor tidskorrelationer overlever i uendeligt lang tid.

Udgivet i Fysisk gennemgangsbreve som et redaktionsforslag den 20. november, undersøgelsen kunne bane vejen til udviklingen af ​​roman, spændende applikationer, såsom en ny slags atomur.

Forestillingen om en tidskrystal (TC) blev først fremsat af den værdsatte fysik -nobelpristager Frank Wilczek i 2012. Den centrale rolle i etableringen af ​​tidskrystallen som en ny fase af stof svarer til brud på den tidsoversættende symmetri.

I hverdagen er vi omgivet af faste stoffer, hvor atomer og molekyler danner en periodisk struktur langs de rumlige koordinater. I modsætning til almindelige krystaller - såsom diamanter - med egenskaber defineret ved atomer regelmæssigt arrangeres i rummet, tidskrystaller viser i stedet en stadigt skiftende adfærdsmåde, der gentager sig med tiden.

Imidlertid, selve muligheden for at time-translationel symmetri bryder viste sig at være notorisk vanskelig i et perfekt isoleret kvantesystem, der forbliver i ligevægt. Især sætningen bevist af Haruki Watanabe og Masaki Oshikawa udtalte, at kvanteversioner af tidskrystaller er umulige, medmindre:1) stærkt ikke-lokale interaktioner er til stede i et ægte kvantesystem; eller 2) et drevet system betragtes.

I særdeleshed, ved hjælp af det andet smuthul, forskere har i de senere år vist, at forskellige tidskrystalvarianter (især diskrete eller Floquet -tidskrystaller) er mulige at producere.

Spørgsmålet:"Kan det oprindelige begreb om tidskrystal realiseres?" forblev således i luften.

I den nye undersøgelse, forskergruppen ledet af Oleksandr Kyriienko fra University of Exeter har vist, at det er muligt at 'omgå' no-go-sætningen for eksistensen af ​​kvante tidskrystaller, og at en ægte tidskrystallinsk orden faktisk er mulig.

Nøgleingrediensen svarer til at finde hamiltlianeren - en operatør, der beskriver energien i et kvantesystem - som fuldt ud opfylder betingelserne for TC -adfærd fra Watanabe og Oshikawa.

Teamet har fundet ud af, at systemet, der bryder tids-translationel symmetri, nødvendigvis besidder multipartikelinteraktioner (såkaldte "strenge"), hvor mindst halvdelen af ​​partiklerne interagerer samtidigt.

Den tilhørende jordtilstandskorrelationsfunktion udviser evige svingninger på grund af kobling mellem to maksimalt sammenfiltrede tilstande svarende til Schrodinger kattelignende tilstande.

Resultaterne kan hjælpe yderligere forskeres forståelse af, hvordan kondenserede tilstander af stof opfører sig, og kaste lys over fysikken i dynamiske ordrer.

At være det første skridt mod at bryde den kontinuerlige tids-translationelle symmetri, undersøgelsen tiltrækker opmærksomhed på andre mulige kvantesystemer, hvor interaktioner på lang afstand kan fremkalde ikke-triviel dynamik.

Oleksandr Kyriienko sagde, "Nu ved vi, at tidsoversættelsessymmetri kan brydes med meget ikke -lokale interaktioner. Kan vi forbedre det og have praktisk nyttige systemer med reducerede interaktioner, hvor korrelationer overlever på uendelige tidspunkter? Jeg ved ikke med sikkerhed, men jeg er ivrig efter at finde ud af det. "