Forschende beobachten kontinuierlichen Zeitkristall
Die Aufnahme zeigt kalte Atome (in Gelb) in einem optischen Resonator auf dem Weg, einen Zeitkristall zu formen.
UHH, AG Hemmerich
Forschenden vom Institut für Laserphysik der Universität Hamburg ist es erstmals gelungen, einen Zeitkristall zu realisieren, der die kontinuierliche Zeit-Translationssymmetrie spontan bricht. In einer Studie, die am Donnerstag, dem 9. Juni 2022, online im Fachmagazin Science veröffentlicht wurde, berichten sie über ihre Beobachtung.
Die Idee eines Zeitkristalls geht auf den Nobelpreisträger Franck Wilczek zurück, der das Phänomen erstmals vorschlug: Ähnlich wie bei Wasser, das sich um den Gefrierpunkt herum spontan in Eis verwandelt und dabei die Translationssymmetrie des Systems spontan bricht, wird beim Entstehen eines Zeitkristalls die Zeittranslationssymmetrie in einem dynamischen Vielteilchensysteme spontan gebrochen.
In den vergangenen Jahren haben Forschende bereits diskrete oder Floquet-Zeitkristalle in periodisch angetriebenen geschlossenen und offenen Quantensystemen beobachtet. „In allen bisherigen Experimenten wird die zeitkontinuierliche Translationssymmetrie aber durch einen zeitperiodischen Antrieb gebrochen“, sagt Dr. Hans Keßler aus der Arbeitsgruppe von Prof. Andreas Hemmerich vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“. „Die Herausforderung für uns bestand darin, ein System zu realisieren, das die kontinuierliche Zeit-Translationssymmetrie spontan bricht.“
In ihrem Experiment verwendeten die Wissenschaftler ein Bose-Einstein-Kondensat in einem optischen Resonator extremer Güte. Mit Hilfe einer zeitunabhängigen Pumpe beobachteten sie eine Grenzzyklusphase, die durch periodische Oszillationen der Photonenzahl im Resonator gekennzeichnet ist und von wiederkehrenden Mustern in der atomaren Dichte begleitet wird.
Dabei zeigte sich, dass die Zeitphase der Oszillationen zufällige Werte zwischen 0 und 2𝜋 annimmt, wie es für eine spontan gebrochene kontinuierliche Symmetrie erwartet wird. Indem sie den Stabilitätsbereich im relevanten Parameterraum identifizierten und die Beständigkeit der Grenzzyklus-Oszillationen auch bei starker zeitlicher Störung zeigten, demonstrierte das Forscherteam die Robustheit der dynamischen Phase.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Hans Keßler
Universität Hamburg
Institut für Laserphysik
Tel: +49 40 8998 5163
Prof. Dr. Andreas Hemmerich
Universität Hamburg
Institut für Laserphysik
Tel: +49 40 8998-5162
Originalpublikation:
Phatthamon Kongkhambut, Jim Skulte, Ludwig Mathey, Jayson G. Cosme, Andreas Hemmerich, Hans Keßler
“Observation of a continuous time crystal”
Science, 9. Juni 2022, First Release
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo3382
Weitere Informationen:
https://www.cui-advanced.uni-hamburg.de/research/wissenschaftsnews/22-06-10-crys…
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Lange angestrebte Messung des exotischen Betazerfalls in Thallium
… hilft bei Zeitskalenbestimmung der Sonnenentstehung. Wie lange hat eigentlich die Bildung unserer Sonne in ihrer stellaren Kinderstube gedauert? Eine internationale Kollaboration von Wissenschaftler*innen ist einer Antwort nun nähergekommen. Ihnen…
Soft Robotics: Keramik mit Feingefühl
Roboter, die Berührungen spüren und Temperaturunterschiede wahrnehmen? Ein unerwartetes Material macht das möglich. Im Empa-Labor für Hochleistungskeramik entwickeln Forschende weiche und intelligente Sensormaterialien auf der Basis von Keramik-Partikeln. Beim Wort…
Klimawandel bedroht wichtige Planktongruppen im Meer
Erwärmung und Versauerung der Ozeane stören die marinen Ökosysteme. Planktische Foraminiferen sind winzige Meeresorganismen und von zentraler Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane. Eine aktuelle Studie des Forschungszentrums CEREGE in…