14 Okt. Zeitkristall: Quanten schwingen im Lasergitter
Regelmäßige rhythmische Bewegungen können sich beispielsweise aus den Schwingungen eines Pendels ergeben. Sie können aber auch auf völlig andere Weise entstehen – von selbst, ohne Taktgeber von außen, durch das komplexe Zusammenspiel vieler Teilchen. Entsprechend einer räumlich periodischen Struktur eines Kristalls, spricht man dann von einem Zeitkristall, der eine periodische Struktur – einen festen Takt – in der Zeit besitzt.
Vom Raumkristall zum Zeitkristall
Tatsächlich zeigte sich anhand von Forschungsergebnissen, dass Zeitkristalle möglich sind – Systeme, bei denen sich ein zeitlicher Rhythmus einstellt, ohne dass man den Takt von außen vorgibt, erklärt Felix Russo vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien.
„Allerdings dachte man, dass das nur in ganz bestimmten Systemen möglich ist, etwa in Quantengasen, deren Physik gut durch Mittelwerte beschrieben werden kann, ohne dass man die in der Quantenphysik unvermeidlichen Zufallsfluktuationen berücksichtigen muss“, so der theoretische Physiker. „Wir haben nun gezeigt: Gerade die quantenphysikalischen Korrelationen zwischen den Teilchen, von denen man bisher dachte, dass sie das Entstehen von Zeitkristallen verhindern, können Zeitkristalle hervorbringen.“
Teilchen im Lasergitter
„Wir untersuchen ein zweidimensionales Gitter von Teilchen, die von Laserstrahlen festgehalten werden“, erklärt Russo. „Und hier können wir zeigen: Der Zustand des Gitters beginnt zu oszillieren – aufgrund der Quanten-Wechselwirkung zwischen den Teilchen.“ Die Forschungsarbeit bietet die Möglichkeit, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der TU Wien, die Theorie von Quanten-Vielteilchensystemen besser zu verstehen – auf dem Weg zu neuen Quantentechnologien oder hochpräzisen Quantenmesstechniken.
Originalveröffentlichung
[F. Russo und T. Pohl: Quantum Dissipative Continuous Time Crystals; PRL 135, 110404, https://doi.org/10.1103/dc2s-94gv]
Quelle und Bild: www.tuwien.at