Изначальная идея Вильчека была относительно простой: взять сверхпроводящее кольцо и заставить электроны в нём вращаться в основном состоянии

Вечное движение без затрат энергии. Классическая физика немедленно протестует: это же perpetuum mobile! Но квантовая механика и не обязана следовать классическим приличиям.

Патрик Бруно и Хармут Ватанабэ независимо друг от друга доказали, что классический временной кристалл в термодинамическом равновесии невозможен. Но тут на сцену вышли другие физики. Да, равновесный временной кристалл невозможен. А что если система не находится в равновесии? Что если мы создадим дискретный временной кристалл — структуру, которая осциллирует с периодом, отличным от периода внешнего воздействия?

Чтобы понять, как работает дискретный временной кристалл, нужно забыть всё, что вы знаете об обычных колебательных системах. Классический маятник качается с частотой, которую вы ему задаёте. Толкните его раз в секунду — он будет качаться раз в секунду. Временной кристалл ведёт себя иначе. Возьмём цепочку ионов в ионной ловушке, охлаждённых до температур, близких к абсолютному нулю. Применим к ним периодическое воздействие — скажем, последовательность лазерных импульсов с определённой частотой. В нормальной ситуации система должна реагировать с той же частотой. Толкаем раз в секунду — колеблется раз в секунду.

Но временной кристалл — бунтарь. Подайте на него импульсы с частотой f, а он начнёт осциллировать с частотой f/2. Или f/3. Система спонтанно выбирает собственный ритм, игнорируя навязанный извне. Это и есть нарушение дискретной временной трансляционной симметрии. Внешнее воздействие периодично с одним периодом, а отклик системы периодичен с другим — кратным первому, но не равным ему. Ключевой момент здесь — взаимодействия между частицами и контролируемый беспорядок. Многочастичная локализация — явление, при котором квантовые системы «застревают» в определённых состояниях вместо того, чтобы термализоваться — играет критическую роль.

Без неё система быстро нагрелась бы и потеряла свою кристаллическую структуру во времени. Но с правильно подобранным беспорядком квантовые состояния остаются локализованными, и временной кристалл может существовать неопределённо долго.. Квантовая магия, подкреплённая строгой математикой и экспериментальными данными.

Источник: dzen.ru

Комментарии: