Natuurkundigen bouwden een ruimtetijdkristal en zagen het smelten

Natuurkundigen hebben een ruimtetijdkristal gecreëerd—een nieuwe fase van materie die zowel in ruimte als tijd herhaalt—en vervolgens waargenomen hoe het smolt, een experiment dat zijn weerga niet kent. De prestatie, gerapporteerd door onderzoekers van de University of California, Riverside en de University of Chicago, markeert een belangrijke stap in het begrijpen van hoe dergelijke exotische toestanden zich gedragen onder realistische omstandigheden.

Het ruimtetijdkristal werd gebouwd met behulp van een keten van ionen (geladen atomen) gevangen in een magnetisch veld en gekoeld tot bijna het absolute nulpunt. Door nauwkeurig getimede laserpulsen toe te passen, induceerde het team een patroon dat zowel in tijd als ruimte oscilleerde, waardoor een kristal ontstond dat in vier dimensies bestaat. Deze structuur verschilt van gewone kristallen, die alleen in de ruimte herhalen.

Het experiment is belangrijk omdat ruimtetijdkristallen, voor het eerst voorgesteld in 2012, fundamentele noties van symmetrie en tijd uitdagen. Het observeren van hun smelten—het verlies van temporele orde—geeft inzicht in hoe het breken van tijdsvertalingssymmetrie kan worden verstoord, met mogelijke implicaties voor kwantumcomputers en precisietijdmeting.

Volgens de studie gepubliceerd in *Nature Physics* op 8 maart 2023, duurde het kristal ongeveer 100 milliseconden voordat het smolt. De onderzoekers maten het smeltproces door de kwantumtoestanden van de ionen te volgen, waarbij ze opmerkten dat de temporele orde geleidelijk verviel in plaats van abrupt. Hoofdauteur Dr. Kateryna Murch legde uit dat het smelten werd veroorzaakt door interacties met de omgeving, die ruis introduceerden en de delicate kwantumcoherentie verstoorden.

Dit werk bouwt voort op eerdere pogingen om tijdkristallen te creëren in andere systemen, zoals diamantverontreinigingen en supergeleidende qubits, maar dit is de eerste directe waarneming van het smelten van een ruimtetijdkristal. Het team is nu van plan manieren te verkennen om het kristal voor langere perioden te stabiliseren, mogelijk door het verder te isoleren van omgevingsverstoringen. Dergelijke vorderingen zouden kunnen leiden tot robuuste kwantumgeheugenapparaten die informatie opslaan in zowel ruimte als tijd.