Облучая атомы рубидия лазерами, физики возбудили их до состояния Ридберга, создав экзотическое состояние материи, известное как кристалл времени. Команда ученых считает, что это открытие позволит изучать свойства временных кристаллов и явления, такие как квантовые флуктуации, корреляция и синхронизация, что важно для разработки квантовых компьютеров.
Кристаллы времени, впервые описанные теоретиком Фрэнком Вильчеком в 2012 году, представляют собой движения частиц, которые повторяются во времени, подобно тому, как обычные кристаллы имеют повторяющиеся узоры в пространстве. Первоначальная теория предполагала вечные повторяющиеся паттерны, но экспериментальные версии кристаллов времени уже были реализованы различными группами физиков. Эти кристаллы показывают колебательные паттерны, отличные от любых внешних ритмов, наложенных на них.
Новый тип кристалла времени был создан из газа атомов рубидия при комнатной температуре, заключенного в стеклянный контейнер. Физики Сяолин У, Чжуцин Ван и Фан Ян из Университета Цинхуа в Китае использовали лазерный свет для возбуждения атомов до состояний Ридберга, когда внешние электроны атома переходят на более крупные орбиты, увеличивая размер атома в сотни раз.
Хотя размеры атомов остаются очень маленькими, это значительно влияет на их взаимодействие в стеклянном контейнере.
Если атомы в нашем контейнере находятся в ридберговских состояниях и их диаметр увеличивается, то силы между этими атомами также становятся большими. Это изменяет способ их взаимодействия с лазером. Если лазерный свет может возбуждать два разных состояния Ридберга в каждом атоме одновременно, создается петля обратной связи, вызывающая спонтанные колебания между двумя атомными состояниями. Это также приводит к осциллирующему поглощению света.
Когда команда возбудила рубидиевый газ лазером, они наблюдали захватывающее явление. Хотя лазер имел постоянную интенсивность, измерения света на дальнем конце контейнера показали колебания атомов между возбужденным и менее возбужденным состояниями.
Эти колебания возникли самостоятельно, соответствуя определению кристалла времени. Это открытие имеет потенциальные применения в технологиях, требующих высокорегулярных, самоподдерживающихся колебаний, таких как метрология и квантовая обработка информации.
