Науковці з Технічного університету міста Дортмунд зуміли створити унікальний кристал часу, що існував значно довше за будь-які попередні спроби – на порядок мільйонів разів. Це дослідження підтвердило існування захопливого явища, яке майже десятиліття тому теоретизував нобелівський лауреат Френк Вільчек і яке вже отримало відображення у світі наукової фантастики. Відкриття було оприлюднено в Nature Physics.

У традиційному розумінні, кристали – це структури, які мають періодичне розміщення атомів у просторі, що надає їм вражаючий зовнішній вигляд з рівними гранями, схожими на дорогоцінні камені.

Враховуючи, що в фізиці простір і час часто розглядаються як однорідні величини, наприклад, у теорії відносності, Френк Вільчек з Массачусетського технологічного інституту (MIT), нобелівський лауреат з фізики, запропонував у 2012 році ідею про існування кристалів часу.

Згідно з його теорією, певні фізичні характеристики цих кристалів мають здатність до спонтанних періодичних змін у часі без зовнішнього періодичного впливу.

Те, що виглядає як полум’я, є вимірюванням нового кристала часу: кожна точка відповідає експериментальному значенню, що призводить до різних поглядів на періодичну динаміку поляризації ядерного спіну кристала часу

Наявність кристалів часу була предметом наукових дебатів протягом років. З 2017 року дослідники демонстрували потенційні кристали часу, але ці системи відрізнялися від первинної ідеї Вільчека, оскільки реагували на зовнішні збудження з періодичністю, що відрізняється від вихідної.

Кристал, який виявляє періодичну активність у часі без залежності від зовнішнього збудження, був вперше показаний у 2022 році у стані конденсату Бозе-Ейнштейна, але існував лише кілька мілісекунд.

Дортмундські дослідники під керівництвом доктора Алекса Грейліха створили унікальний кристал з арсеніду індія-галію, використовуючи ядерні спіни як основу для кристала часу. Завдяки постстійному випромінюванню, поляризація ядерних спінів формується через взаємодію з електронними спінами, що сприяє створенню спонтанних коливань, аналогічних кристалу часу.

Новаторські експерименти показали, що такий кристал може існувати не менше 40 хвилин, що є революційним вдосконаленням порівняно з будь-якими попередніми спостереженнями, із потенціалом для ще більш тривалого існування.

Шляхом варіювання експериментальних умов, дослідники мають можливість регулювати періодичність кристала часу. Також вони досліджують умови, при яких кристал «плавиться», тобто втрачає свою періодичність, що відкриває двері до вивчення хаотичних процесів у таких системах.

Це вперше, коли дослідникам вдалося використовувати теоретичні інструменти для аналізу хаотичної поведінки кристалів часу, що підкреслює значний прогрес у розумінні цієї феноменальної концепції.