维也纳理工大学研究发现:粒子相互作用促成新型时间晶体

Physics
Particle Interactions Enable a New Class of Time Crystal, TU Wien Study Finds
维也纳理工大学的研究人员报告称,粒子间的量子关联可以产生自维持的时间秩序,这挑战了量子关联只会破坏时间晶体的传统观点。

维也纳工业大学 (TU Wien) 的科学家们报告了一种产生时间晶体的新途径:粒子间的量子关联可以创造并稳定一种持久的时间律动,而不是破坏它。这项发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters) 上的研究结果修正了一个长期以来的假设,即此类关联必然会使时间有序相变得不稳定。

无需外部驱动的律动

与需要外力的典型周期性现象不同,时间晶体表现出一种在时间上内部生成的重复模式。这一概念最早于 2012 年提出,最初强调极度的隔离,以保护时间顺序免受量子涨落的影响。这项新研究表明,某些多体量子相互作用反而可以支持稳定、重复的时间模式。

量子涨落中涌现的秩序

该团队发现,集体量子行为可以将原本不规则的涨落转变为稳定的振荡。首席研究员 Felix Russo 及其同事描述了粒子间的关联如何产生在单个粒子层面并不明显的协调动力学,从而使时间模式得以持久。

实验模型:搏动的晶格

对量子物质的意义

该研究强调,量子系统中的涌现秩序可以源于集体相互作用,这为探索量子物质的非平衡相提供了新的实验目标。

Mattias Risberg

Mattias Risberg

Cologne-based science & technology reporter tracking semiconductors, space policy and data-driven investigations.

University of Cologne (Universität zu Köln) • Cologne, Germany

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Q 维也纳工业大学(TU Wien)的研究人员提出了实现时间晶体的哪种途径?
A 维也纳工业大学的研究人员报告了一种实现时间晶体的新途径:粒子间的量子关联可以产生并稳定持久的时间节奏,而不是破坏时间有序相。这项发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的研究结果表明,某些多体量子相互作用可以在没有外部驱动的情况下,支持稳定、自发维持的时间振荡。
Q 这项研究如何挑战先前关于量子关联和时间晶体的假设?
A 这项研究修正了一个长期以来的假设,即粒子间的量子关联会破坏时间有序相的稳定性。相反,维也纳工业大学的研究团队证明,某些多体相互作用和关联可以产生并稳定自发维持的时间节奏,这表明关联不仅不会破坏时间序,反而可以支持并维持它。
Q 根据该项研究的描述,什么是时间晶体?
A 时间晶体是一个在时间上表现出内部生成的重复模式的系统,且不依赖于外部驱动力。这一概念最初于2012年提出,当时强调通过极端隔离来保护时间序免受量子波动的影响,而这项新工作表明,集体相互作用也可以维持这种节奏。
Q 研究人员使用了什么实验模型来阐明这一效应?
A 研究人员使用一种被称为“跳动晶格”(beating lattice)的实验装置对该现象进行了建模,在这种装置中,集体量子动力学和粒子关联驱动协调的振荡。这种跳动晶格作为一个平台,展示了涌现序如何从相互作用中产生,从而在没有外部强制力的情况下产生稳定的时间模式。
Q 这对量子物质有何更广泛的意义?
A 研究结果表明,量子系统中的涌现序可以源于集体相互作用,而不仅仅是源于隔离。这一观点为探索量子物质的非平衡相提供了新的实验目标,在这些相位中,由于关联的存在,类时间晶体节奏可以持续存在。它指向了一类更广泛的、由多体动力学驱动的自发维持的时间序。

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