Zeitkristalle „unmöglich“, aber gehorchen der Quantenphysik

Wissenschaftler haben das erste „Zeitkristall“-Zweikörpersystem in einem Experiment geschaffen, das die Gesetze der Physik zu beugen scheint.

Es kommt, nachdem dasselbe Team kürzlich die erste Interaktion der neuen Phase der Materie miterlebt hat.

Zeitkristalle galten lange Zeit als unmöglich, weil sie aus Atomen in endloser Bewegung bestehen. Die Entdeckung, veröffentlicht in Naturkommunikationzeigt, dass Zeitkristalle nicht nur hergestellt werden können, sondern auch das Potenzial haben, in nützliche Geräte umgewandelt zu werden.

Zeitkristalle unterscheiden sich von einem Standardkristall – wie Metalle oder Steine ​​– der aus Atomen besteht, die in einem sich regelmäßig wiederholenden Muster im Raum angeordnet sind.

Zeitkristalle, die erstmals 2012 vom Nobelpreisträger Frank Wilczek theoretisiert und 2016 identifiziert wurden, weisen die bizarre Eigenschaft auf, dass sie sich trotz keiner externen Eingabe in einer konstanten, sich wiederholenden Bewegung in der Zeit befinden. Ihre Atome oszillieren, drehen oder bewegen sich ständig zuerst in eine Richtung und dann in die andere.

EPSRC-Stipendiat Dr. Samuli Autti, Hauptautor vom Department of Physics der Lancaster University, erklärte: „Jeder weiß, dass Perpetuum-Mobile-Maschinen unmöglich sind. In der Quantenphysik ist Perpetuum Mobile jedoch in Ordnung, solange wir unsere Augen geschlossen halten. Indem wir uns hindurchschleichen.“ Crack können wir Zeitkristalle herstellen.“

„Es stellt sich heraus, dass das Zusammenfügen von zwei von ihnen wunderbar funktioniert, auch wenn Zeitkristalle gar nicht existieren sollten. Und wir wissen bereits, dass sie auch bei Raumtemperatur existieren.“

Ein „Zwei-Ebenen-System“ ist ein Grundbaustein eines Quantencomputers. Zeitkristalle könnten verwendet werden, um Quantengeräte zu bauen, die bei Raumtemperatur arbeiten.

Ein internationales Forscherteam der Lancaster University, des Royal Holloway London, des Landau Institute und der Aalto University in Helsinki beobachtete Zeitkristalle mithilfe von Helium-3, einem seltenen Isotop von Helium mit einem fehlenden Neutron. Das Experiment wurde an der Aalto-Universität durchgeführt.

Sie kühlten superflüssiges Helium-3 auf etwa ein Zehntausendstel Grad vom absoluten Nullpunkt (0,0001 K oder -273,15 C). Die Forscher erzeugten zwei Zeitkristalle in der Supraflüssigkeit und brachten sie zur Berührung. Die Wissenschaftler beobachteten dann, wie die beiden Zeitkristalle wie von der Quantenphysik beschrieben interagieren.