Исследователям из Института лазерной физики Гамбургского университета впервые удалось реализовать кристалл времени, который спонтанно нарушает симметрию непрерывного переноса времени. Они сообщают о своем наблюдении в исследовании, опубликованном онлайн журналом Science в четверг, 9 июня 2022 года.

Идея кристалла времени восходит к лауреату Нобелевской премии Франку Вильчеку, который впервые предложил это явление. Подобно воде, спонтанно превращающейся в лед около точки замерзания , тем самым нарушая трансляционную симметрию системы, трансляционная симметрия времени в динамической системе многих тел спонтанно нарушается, когда формируется кристалл времени.

В последние годы исследователи уже наблюдали дискретные кристаллы времени или кристаллы времени Флоке в периодически управляемых закрытых и открытых квантовых системах. «Однако во всех предыдущих экспериментах симметрия переноса с непрерывным временем нарушалась периодическим по времени приводом», — говорит доктор Ханс Кесслер из группы профессора Андреаса Хеммериха в Cluster of Excellence CUI: Advanced Imaging of Matter. «Задача для нас состояла в том, чтобы реализовать систему, которая спонтанно нарушает симметрию непрерывного перевода времени».

Использование конденсата Бозе-Эйнштейна внутри высокоточного оптического резонатора

В своем эксперименте ученые использовали конденсат Бозе-Эйнштейна внутри высокоточной оптической полости. Используя независимую от времени накачку, они наблюдали фазу предельного цикла, которая характеризуется возникающими периодическими колебаниями числа внутрирезонаторных фотонов, сопровождаемыми повторяющимися циклами атомной плотности.

Они обнаружили, что временная фаза колебаний принимает случайные значения от 0 до 2π, как и ожидалось для спонтанно нарушенной непрерывной симметрии. Определив область устойчивости в соответствующем пространстве параметров и показав постоянство колебаний предельного цикла даже при наличии сильных временных возмущений, исследователи продемонстрировали устойчивость динамической фазы.