Fizycy zbudowali kryształ czasoprzestrzeni i obserwowali jego topnienie

Fizycy stworzyli kryształ czasoprzestrzeni – nową fazę materii, która powtarza się zarówno w przestrzeni, jak i w czasie – a następnie zaobserwowali jego topnienie, co jest eksperymentem bez precedensu. Osiągnięcie, opisane przez naukowców z University of California, Riverside i University of Chicago, stanowi znaczący krok w zrozumieniu, jak takie egzotyczne stany zachowują się w rzeczywistych warunkach.

Kryształ czasoprzestrzeni zbudowano przy użyciu łańcucha jonów (naładowanych atomów) uwięzionych w polu magnetycznym i schłodzonych do blisko zera absolutnego. Poprzez precyzyjnie wycelowane impulsy laserowe zespół wywołał wzór oscylujący zarówno w czasie, jak i przestrzeni, tworząc kryształ istniejący w czterech wymiarach. Struktura ta różni się od zwykłych kryształów, które powtarzają się tylko w przestrzeni.

Eksperyment ma znaczenie, ponieważ kryształy czasoprzestrzeni, po raz pierwszy zaproponowane w 2012 roku, podważają fundamentalne pojęcia symetrii i czasu. Obserwacja ich topnienia – utraty porządku czasowego – dostarcza wglądu w to, jak może zostać zakłócone łamanie symetrii translacji czasu, z potencjalnymi implikacjami dla obliczeń kwantowych i precyzyjnego pomiaru czasu.

Zgodnie z badaniem opublikowanym w *Nature Physics* 8 marca 2023 roku, kryształ utrzymywał się przez około 100 milisekund przed stopnieniem. Naukowcy zmierzyli proces topnienia, śledząc stany kwantowe jonów, zauważając, że porządek czasowy zanikał stopniowo, a nie gwałtownie. Główna autorka, dr Kateryna Murch, wyjaśniła, że topnienie zostało wywołane przez interakcje z otoczeniem, które wprowadziły szum i zakłóciły delikatną koherencję kwantową.

Praca ta opiera się na wcześniejszych próbach stworzenia kryształów czasu w innych układach, takich jak domieszki diamentu i nadprzewodzące kubity, ale jest to pierwsza bezpośrednia obserwacja topnienia kryształu czasoprzestrzeni. Zespół planuje teraz zbadać sposoby stabilizacji kryształu na dłuższe okresy, potencjalnie poprzez dalsze odizolowanie go od zakłóceń środowiskowych. Takie postępy mogą doprowadzić do powstania solidnych pamięci kwantowych, które przechowują informacje zarówno w przestrzeni, jak i czasie.