Klasické krystaly vytvářejí atomy uspořádané v opakujících strukturách v prostoru. Nobelistu Franka Wilczekav roce 2012 napadlo, že by mohly existovat časové krystaly, objekty, které se opakují v čase. Nejdřív ho nebrali moc vážně a dokazovali, že je nelze vyrobit. Pak se v roce 2017 objevily první časové krystaly, vytvořené různými postupy. Dnes jsou časové krystaly sice stále exotické, ale současně už pevně náležejí do fyzikálního mainstreamu.
Thomas Pohl z Technische Universität Wien (TU Wien) s týmem kolegů nedávno vytvořil velmi exotické časové krystaly, takže jde vlastně o exotiku na druhou. Použili lasery a Rydbergovy atomy, tedy vysoce excitované atomy s jedním či více elektrony o velmi vysokém hlavním kvantovém číslu (n, principal quantum number). Takové elektrony mají velkou potenciální energii a obíhají kolem jádra v mnohonásobně větší vzdálenosti. Proto jsou Rydbergovy atomy obrovské.
Systémů, které mají strukturu v čase, je spousta. Třeba kyvadlo. Časové krystaly ale musejí mít periodicitu, která vzniká samovolně. Jak vysvětluje Pohl, frekvence tikání časových krystalů je daná fyzikálními vlastnostmi systému, ale doby, kdy k tikům dochází, jsou náhodné. Projevuje se tu spontánní narušení symetrie.
Badatelé vytvořili Rydbergovy atomy z atomů rubidiového plynu. Udělali to tak, že v každém atomu excitovali dva různé Rydbergovy stavy současně. V důsledku toho došlo ke spontánním oscilacím mezi těmito stavy s nimi spojeným oscilacím absorpce světla. Vznikly časové krystaly, jejichž tikání v čase se projevovalo změnami intenzity detekovaného světla, které prošlo přes tikající Rydbergovy atomy.
##seznam_reklama##
Jak si pochvaluje Pohl, výsledkem jejich výzkumu je šikovná platforma, která teď může posloužit intenzivnímu výzkumu fenoménu časových krystalů. Kromě toho se nabízejí zajímavé aplikace, například v podobě senzorů. Veliké Rydbergovy atomy už byly tímto způsobem dříve využity, tak proč to nezkusit s časovými krystaly?
Video: Time crystals: A new phase of matter - and a breakthrough for quantum computing?
Literatura