Zeitkristalle sind „unmöglich“, aber sie unterliegen der Quantenphysik

In einem neuen Experiment erzeugen Wissenschaftler zwei Zeitkristalle in einem Suprafluid und bringen sie in Kontakt.

Zeitkristalle galten lange Zeit als unmöglich, weil ihre fortwährende Bewegung den Gesetzen der Physik zu widersprechen scheint. Allerdings mit Quantenphysik Wissenschaftler haben nicht nur Zeitkristalle geschaffen, sondern zeigen jetzt auch, dass sie das Potenzial haben, in Zukunft nützliche Geräte mit Energie zu versorgen.

Wissenschaftler haben das erste Zwei-Körper-„Zeitkristall“-System in einem Experiment geschaffen, das die Gesetze der Physik zu verdrehen scheint.

Dies geschieht, nachdem dasselbe Team kürzlich die erste Interaktion einer neuen Phase der Angelegenheit miterlebt hat.

Zeitkristalle galten lange Zeit als unmöglich, weil sie aus Atomen in endloser Bewegung bestehen. Die heute (2. Juni 2022) im Magazin veröffentlichte Entdeckung Naturkommunikationzeigt, dass Zeitkristalle nicht nur hergestellt, sondern auch in nützliche Geräte umgewandelt werden können.

Zeitkristalle unterscheiden sich von Standardkristallen – wie Mineralien oder Gesteinen – die aus Atomen bestehen, die in einem sich regelmäßig wiederholenden Muster im Raum angeordnet sind.

Erstmals 2012 vom Nobelpreisträger Frank Wilczek entwickelt und 2016 definiert, weisen Zeitkristalle die besondere Eigenschaft auf, stationär zu sein und die Bewegung in der Zeit ohne externen Input zu wiederholen. Ihre Atome oszillieren, drehen oder bewegen sich ständig zuerst in eine Richtung und dann in die andere.

Die Forscher kühlten flüssiges superflüssiges Helium-3 in diesem rotierenden Kühlschrank auf nahezu den absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius), wodurch zweimal Kristalle erzeugt und in Reichweite gehalten wurden. Bildnachweis: © Aalto University / Mikko Raskinen

EPSRC-Stipendiat Dr. Samuli Ooty, Hauptautor vom Department of Physics der Lancaster University, erklärte: „Jeder weiß, dass Perpetuum-Motion-Maschinen unmöglich sind. In der Quantenphysik ist Perpetuum Mobile jedoch in Ordnung, solange wir unsere Augen schließen. Durch Durchschlüpfen.“ Aus diesem Riss können wir Zeitkristalle herstellen.

„Es stellt sich heraus, dass das Zusammenfügen der beiden wunderbar funktioniert, auch wenn die Zeitkristalle gar nicht vorhanden waren. Und wir wissen bereits, dass sie auch bei Raumtemperatur vorhanden sind.“

Das „Zwei-Ebenen-System“ ist ein grundlegender Baustein eines Quantencomputers. Zeitkristalle können verwendet werden, um Quantengeräte zu bauen, die bei Raumtemperatur arbeiten.

Ein internationales Forscherteam von der Lancaster University, Royal Holloway London, dem Landau Institute and Aalto-Universität In Helsinki wurden Zeitkristalle mit Helium-3 beobachtet, einem seltenen Isotop von Helium, dem ein Neutron fehlt. Das Experiment wurde an der Aalto-Universität durchgeführt.

Sie kühlten superflüssiges Helium-3 auf etwa ein Zehntausendstel Grad ab[{“ attribute=““>absolute zero (0.0001K or -273.15°C). The researchers created two time crystals inside the superfluid, and brought them to touch. The scientists then watched the two time crystals interacting as described by quantum physics.

Reference: “Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals” 2 June 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30783-w