物理学者は革新的なタイムクリスタルを使用して量子不死性を発見した

科学者たちは、これまでに達成されていたものより数百万倍も長い寿命を持つタイムクリスタルを生成することにより、量子物理学の分野で大きな進歩を遂げました。 この発見は、2012年にノーベル賞受賞者のフランク・ウィルチェクが行った時間結晶の理論的予測を裏付けるもので、周期的な外部影響のないシステムにおける周期的な挙動を示しています。

研究者らはタイムクリスタルの寿命を延ばすことに成功し、フランク・ウィルチェクが提案した理論的概念を裏付けた。 これは量子物理学における重要な前進を意味します。

ドルトムント工科大学のチームは最近、これまでの実験で示されたものより数百万倍も寿命が長い、非常に耐久性の高いタイムクリスタルの製造に成功した。 そうすることで、彼らは非常に興味深い現象を確認した。この現象は約10年前にノーベル賞受賞者のフランク・ウィルチェックによって仮定され、すでにSF映画に取り入れられている。 その結果は現在、 自然物理学。

タイムクリスタル研究における先駆的な成果

結晶、より正確には宇宙の結晶は、大きな長さのスケールで原子が周期的に配置されたものです。 この配置により、宝石のような滑らかなファセットを備えた絶妙な外観が結晶に与えられます。

特殊相対性理論など、物理学では空間と時間を同じレベルで扱うことが多いため、マサチューセッツ工科大学 (MIT) の物理学者でノーベル物理学賞受賞者のフランク・ウィルチェクは、2012 年に次のような仮説を立てました。 、時間内にクリスタルもあるはずです。 そうなるためには、たとえシステムが同様の周期的な干渉を受けていなくても、その物理的特性の 1 つが時間の経過とともに周期的に自発的に変化し始めなければならない、と彼は述べた。

炎に似ているのは、新しいタイムクリスタルの測定値です。各点は実験値に対応しており、タイムクリスタルの核スピン分極の周期的ダイナミクスのさまざまな見方につながります。 画像出典: アレックス・グリーリッシュ/ドルトムント工科大学

時間の結晶を理解する

このようなタイムクリスタルの存在の可能性は、ここ数年物議を醸す科学的議論の主題でしたが、それはすぐに映画館に届きました。たとえば、タイムクリスタルは、マーベルスタジオの映画『アベンジャーズ／エンドゲーム』（2019）で中心的な役割を果たしました。 2017 年以降、科学者たちはすでに何度か、時間結晶の可能性を実証することに成功しています。

Alex Grealish 博士は、ドルトムント工科大学物理学科の凝縮物質研究センターで働いています。 クレジット: ドルトムント工科大学

しかし、これらのシステムは、Wilczek の当初のアイデアに反して、特定の周期性で一時的な励起を受けましたが、その後 2 倍の長さの別の周期で反応しました。 励起が時間に依存しない、つまり一定であるにもかかわらず、時間とともに周期的に動作する結晶は、2022 年にボーズ・アインシュタインコンデンサーで実証されたばかりです。 しかし、クリスタルの寿命は数ミリ秒だけでした。

タイムリープクリスタルの寿命

アレックス・グレリッヒ博士率いるドルトムントの物理学者たちは、核スピンが時間結晶の貯蔵庫として機能する、インジウム・ガリウムヒ素で作られた特別な結晶を設計した。 結晶は継続的に照射され、電子スピンとの相互作用によって核スピンの偏極が形成されます。 まさにこの核スピン偏極こそが、時間結晶に相当する振動を自発的に発生させるのです。

現時点での実験の状況では、この結晶の寿命は少なくとも40分で、これまでに証明されている寿命の1000万倍であり、さらに長く寿命が続く可能性が高い。

実験条件を系統的に変更することで、結晶化期間を大規模に変化させることが可能です。 ただし、結晶が「溶ける」、つまり周期性が失われる領域に移動することも可能です。 これらの領域は、カオス的な動作が出現し、長期間維持される可能性があるため、興味深いものでもあります。 科学者が理論ツールを使用してそのようなシステムのカオス的な挙動を分析することができたのはこれが初めてです。

参考文献：「核電子スピン系における強力な連続時間結晶」A. Greilich、NE Kopteva、AN Kamenskii、PS Sokolov、VL Korenev、M. Bayer、2024 年 1 月 24 日、 自然物理学。
土井: 10.1038/s41567-023-02351-6