Physiker bauten einen Raumzeitkristall und beobachteten sein Schmelzen

Physiker haben einen Raumzeitkristall geschaffen – eine neuartige Phase der Materie, die sich sowohl im Raum als auch in der Zeit wiederholt – und dann sein Schmelzen beobachtet, ein Experiment der ersten Art. Die Leistung, über die Forscher der University of California, Riverside und der University of Chicago berichten, markiert einen bedeutenden Schritt zum Verständnis, wie sich solche exotischen Zustände unter realen Bedingungen verhalten.

Der Raumzeitkristall wurde mit einer Kette von Ionen (geladenen Atomen) aufgebaut, die in einem Magnetfeld gefangen und auf nahe den absoluten Nullpunkt gekühlt wurden. Durch präzise getimte Laserpulse induzierte das Team ein Muster, das sowohl in der Zeit als auch im Raum oszillierte und einen Kristall bildete, der in vier Dimensionen existiert. Diese Struktur unterscheidet sich von gewöhnlichen Kristallen, die sich nur im Raum wiederholen.

Das Experiment ist wichtig, weil Raumzeitkristalle, die erstmals 2012 vorgeschlagen wurden, grundlegende Vorstellungen von Symmetrie und Zeit in Frage stellen. Die Beobachtung ihres Schmelzens – des Verlusts der zeitlichen Ordnung – liefert Einblicke, wie die Brechung der Zeittranslationssymmetrie gestört werden kann, mit potenziellen Auswirkungen auf Quantencomputing und Präzisionszeitmessung.

Laut der am 8. März 2023 in *Nature Physics* veröffentlichten Studie hielt der Kristall etwa 100 Millisekunden, bevor er schmolz. Die Forscher maßen den Schmelzprozess, indem sie die Quantenzustände der Ionen verfolgten und feststellten, dass die zeitliche Ordnung allmählich und nicht abrupt abnahm. Die Hauptautorin Dr. Kateryna Murch erklärte, dass das Schmelzen durch Wechselwirkungen mit der Umgebung ausgelöst wurde, die Rauschen einbrachten und die empfindliche Quantenkohärenz störten.

Diese Arbeit baut auf früheren Bemühungen auf, Zeitkristalle in anderen Systemen zu erzeugen, wie Diamantverunreinigungen und supraleitenden Qubits, aber dies ist die erste direkte Beobachtung des Schmelzens eines Raumzeitkristalls. Das Team plant nun, Wege zu erkunden, den Kristall über längere Zeiträume zu stabilisieren, möglicherweise durch stärkere Isolierung von Umgebungsstörungen. Solche Fortschritte könnten zu robusten Quantenspeichergeräten führen, die Informationen sowohl im Raum als auch in der Zeit speichern.