物理學(xué)家通過將原子炸入氣球來創(chuàng)造“不可能”的時(shí)間晶體

科學(xué)家們已經(jīng)炸毀了一堆像氣球一樣的原子，使“不可能”的極端版本物質(zhì)狀態(tài).

通過用激光轟炸銣原子，物理學(xué)家將它們激發(fā)成浮腫里德堡州在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生了異國情調(diào)物質(zhì)狀態(tài)稱為時(shí)間水晶.

該團(tuán)隊(duì)表示，這為探索時(shí)間晶體的性質(zhì)以及量子漲落、相關(guān)性和同步等現(xiàn)象開辟了一條新途徑——這是時(shí)間晶體的重要組成部分。設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī).

首次描述作者：美國理論物理學(xué)家弗蘭克·威爾切克2012年，時(shí)間晶體是在時(shí)間維度上重復(fù)的粒子運(yùn)動(dòng)，類似于鉆石和石英等晶體是粒子在空間中重復(fù)的模式。

雖然最初的理論描述了以“永久”方式重復(fù)的模式，但“臨時(shí)”版本一直是實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)和觀察在不同的方式由不同的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì).在這些中，可以測(cè)量與施加在晶體上的任何外部節(jié)奏不同的振蕩模式。

這種新型的時(shí)間水晶是由限制在玻璃容器中的銣原子的室溫氣體產(chǎn)生的。

由中國清華大學(xué)的Xiaoling Wu，Zhuqing Wang和Fan Yang領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用激光將原子激發(fā)到里德堡態(tài)。當(dāng)能量以這樣一種方式添加到原子中時(shí)，最外層的電子描述了圍繞原子核的更大軌道，基本上將原子膨脹到其正常半徑的數(shù)百倍。

從我們的角度來看，這仍然很小，但是當(dāng)原子都聚集在玻璃盒中時(shí)，它對(duì)原子的相互作用方式產(chǎn)生了有趣的影響。

“如果我們的玻璃容器中的原子是在這樣的里德堡狀態(tài)下制備的，并且它們的直徑變得巨大，那么這些原子之間的力也會(huì)變得非常大，”物理學(xué)家托馬斯·波爾（Thomas Pohl）解釋說維也納工業(yè)大學(xué)。

“這反過來又改變了他們與激光互動(dòng)的方式。如果選擇激光的方式可以同時(shí)激發(fā)每個(gè)原子中的兩種不同的里德堡態(tài)，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反饋回路，導(dǎo)致兩種原子態(tài)之間的自發(fā)振蕩。這反過來也導(dǎo)致了振蕩光吸收。

因此，當(dāng)團(tuán)隊(duì)用激光激發(fā)他們的銣氣體時(shí)，令人興奮的事情發(fā)生了。盡管激光具有恒定的強(qiáng)度，但當(dāng)他們測(cè)量容器遠(yuǎn)端的光時(shí)，他們看到了原子振蕩的跡象，因?yàn)樵釉诩ぐl(fā)態(tài)和激發(fā)態(tài)較弱的狀態(tài)之間來回滴答作響。

這些振蕩是有機(jī)出現(xiàn)的，因此符合時(shí)間晶體的定義。

“這實(shí)際上是一個(gè)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，其中沒有對(duì)系統(tǒng)施加特定的節(jié)奏，”波爾 說.“光和原子之間的相互作用總是一樣的，激光束具有恒定的強(qiáng)度。但令人驚訝的是，到達(dá)玻璃電池另一端的強(qiáng)度開始以高度規(guī)則的模式振蕩。

這在需要高度規(guī)律、自持振蕩的技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用。例如，計(jì)量學(xué)（測(cè)量科學(xué)）可以利用這樣的系統(tǒng)。和量子信息處理基于里德堡原子將成為計(jì)算應(yīng)用程序的強(qiáng)大工具。

“我們?cè)谶@里創(chuàng)建了一個(gè)新系統(tǒng)，它提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，以一種非常接近弗蘭克·威爾切克（Frank Wilczek）最初想法的方式加深我們對(duì)時(shí)間晶體現(xiàn)象的理解。波爾 說.

該研究已發(fā)表在自然物理學(xué).

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