Летающие кристаллы времени: физики создали осязаемую форму необычного состояния материи

Исследователям из Нью-Йоркского университета удалось создать и изучить уникальный физический объект — временной кристалл, который можно не только наблюдать, но и буквально «потрогать». В отличие от предыдущих экзотических реализаций, требующих экстремальных условий, новая система представляет собой левитирующие частицы, взаимодействующие посредством звуковых волн. Самое удивительное, что эта система демонстрирует поведение, нарушающее классический третий закон Ньютона.

Временные кристаллы представляют собой особую фазу материи, чья структура периодически повторяется не в пространстве, а во времени. До сих пор их наблюдали лишь в квантовых системах, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна или спиновые ансамбли в алмазах, при сверхнизких температурах. Открытие нью-йоркских физиков предлагает макроскопическую и доступную для манипуляций модель этого состояния.

Экспериментальная установка основана на технологии акустической левитации. Отдельные микрочастицы или мелкие объекты удерживаются в воздухе над поверхностью с помощью мощных стоячих ультразвуковых волн, создающих так называемую «звуковую подушку». Помещённые на эту подушку частицы начинают взаимодействовать друг с другом, обмениваясь отражёнными и рассеянными звуковыми волнами. Это взаимодействие порождает циклические, периодически повторяющиеся паттерны их движения в пространстве, что и соответствует определению временного кристалла.

Ключевым открытием стал характер этого взаимодействия. В классической физике третий закон Ньютона гласит, что сила действия равна силе противодействия. Однако в данной системе силы, действующие между левитирующими частицами, оказались несимметричными: частица А может влиять на частицу В иначе, чем частица В влияет на частицу А. Это нарушение закона «равенства действия и противодействия» открывает путь к изучению систем с невзаимными (non-reciprocal) силами, которые раньше были крайне сложны для моделирования в физике конденсированного состояния.

Наблюдаемые «летающие кристаллы времени» демонстрируют устойчивую временную периодичность — их конфигурация и характер движения повторяются через строго определённые интервалы, что является их фундаментальным свойством как новой фазы материи. Учёные отмечают, что такая система представляет собой идеальную платформу для исследования сложного коллективного поведения, нарушений симметрии и необычных динамических фаз в условиях, когда привычные законы механики не работают в своём стандартном виде.

Это достижение позволяет не только глубже понять природу временных кристаллов, но и открывает перспективы для их практического применения, например, в разработке новых типов сенсоров или в создании аналоговых вычислительных систем, работающих на принципах, отличных от классических.