Экзотические состояния материи, известные как кристаллы времени, долгое время считались сугубо квантовым явлением. Однако физики из Нью-Йоркскиого университета показали, что аналогичный эффект может возникать и в классической системе — без квантовой запутанности, охлаждения до сверхнизких температур и сложной аппаратуры. Для эксперимента понадобились лишь динамики и крошечные шарики из пенополистирола. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Кристаллы времени — это не объекты, а особый тип поведения системы, при котором движение частиц периодически повторяется во времени, подобно тому как атомы в обычных кристаллах образуют периодический узор в пространстве. При этом колебания возникают сами по себе, без внешнего «метронома», что означает нарушение симметрии времени.
Команда под руководством физика Дэвида Гриера обнаружила такой эффект почти случайно, изучая ситуации, когда частицы воздействуют друг на друга несимметрично. В эксперименте ученые использовали два крошечных шарика из пенопласта, которые удерживались в воздухе стоячей звуковой волной.
«Звуковые волны могут действовать на частицы так же, как волны на поверхности воды — на лист», — объяснила участница работы Миа Моррелл. По ее словам, левитация достигается за счет точно настроенного акустического поля.
Из-за небольших различий в размере и форме шариков каждый из них по-разному рассеивает звук. В результате сила, с которой один шарик действует на другой, не равна обратному воздействию. При определенных условиях это приводит к самопроизвольным и устойчивым колебаниям пары частиц — они повторяются во времени и могут сохраняться часами без внешнего воздействия.
«Кристаллы времени кажутся экзотическими и чрезвычайно сложными, — отметил Гриер. — Но наша система поразительна своей простотой».
Авторы отметили, что это, возможно, минимальный вариант кристалла времени — система всего из двух частиц. Практических применений у открытия пока нет, однако оно может стать удобной моделью для изучения подобных взаимодействий в макроскопических системах. Такие процессы, к примеру, встречаются и в биологии, хотя это не означает, что биологические ритмы являются кристаллами времени.
Ранее физики впервые воспроизвели квантовый хаос.
