Физики создали первый видимый невооружённым глазом временной кристалл

Учёные совершили значительный шаг вперёд в исследовании временных кристаллов — экзотического состояния материи. Впервые им удалось создать временной кристалл, который можно наблюдать непосредственно, без сложного оборудования. Его мерцание в виде массива неоновых полос открывает путь к принципиально новым технологиям, таким как продвинутые средства защиты от подделок, оптические устройства и генераторы случайных чисел.

От теории к видимой реальности

Как поясняет физик Ханьцин Чжао из Университета Колорадо в Боулдере, созданный кристалл достаточно велик, чтобы его можно было разглядеть под микроскопом, а при определённых условиях — даже невооружённым глазом. Это прорыв, учитывая, что само существование временных кристаллов — явления, предсказанного лишь в 2012 году Фрэнком Вильчеком, — поначалу ставилось под сомнение, поскольку казалось, что они нарушают фундаментальные законы физики. Лишь в 2016 году их удалось впервые экспериментально подтвердить.

Что такое временной кристалл?

Чтобы понять суть открытия, важно провести аналогию. Обычные кристаллы, будь то алмаз или соль, имеют атомную структуру, которая периодически повторяется в пространстве, образуя трёхмерную решётку. Временной кристалл — это структура, которая повторяется не только в пространстве, но и во времени. Его частицы колеблются с определённой периодичностью, создавая устойчивый паттерн, который существует независимо от внешних ритмов и тем самым «нарушает» временную симметрию. Это уникальное свойство делает их невероятно интересными для изучения квантовых явлений.

Потенциал временных кристаллов для науки и технологий огромен.

Обратите внимание: Почему этот год будет прорывным для российской науки?.

Как создали видимый кристалл

Чжао и его коллега Иван Смалюх использовали для своего эксперимента знакомый всем материал — жидкие кристаллы, которые применяются в экранах телевизоров и часов. Эти кристаллы состоят из стержнеобразных молекул, сочетающих свойства жидкости и твёрдого тела. Учёные поместили слой жидкого кристалла между стеклянными пластинами, покрытыми светочувствительным красителем.

Когда на образец направили специальный свет, молекулы красителя поляризовались, изменив свою ориентацию и оказав давление на жидкий кристалл. Это давление привело к возникновению особых деформаций — дислокаций, которые начали сложным образом взаимодействовать друг с другом. В результате в образце сформировалась устойчивая картина движения, которая периодически повторялась в течение нескольких часов, несмотря на изменения в освещении и температуре. Наблюдать этот процесс можно было по появлению ряби цветных полос.

«Всё рождается из ничего, — комментирует Смалюх. — Достаточно просто посветить, и возникает целый мир временных кристаллов».

Будущее технологии

Хотя созданная система полностью соответствует строгим критериям временного кристалла, учёные подчёркивают, что это лишь начало пути. Предстоит исследовать множество других систем и режимов, что может привести к появлению новых критериев и классификаций.

Однако уже сейчас очевидны перспективные практические применения. Как отмечают авторы исследования, временные кристаллы могут лечь в основу революционных оптических устройств, фотонных генераторов, систем телекоммуникаций и высокоуровневой защиты от подделок. Это знаменует начало новой эры, где фундаментальные открытия напрямую ведут к технологическому прогрессу.

Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Nature Materials.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Физики совершили новый прорыв в загадочной области временных кристаллов.