物理学家通过将原子射入气球创造出“不可能”的时间晶体

科学家们把一堆原子像气球一样吹起来，制造出了一个“不可能”的极端版本。

物理学家们用激光轰击铷原子，将它们激发成蓬松状里德伯态在一项实验中，结果出现了奇异的被称为。

研究小组表示，这为探索时间晶体的性质以及量子涨落、相关性和同步等现象开辟了一条新途径，而这些现象是。

首先描述美国理论物理学家弗兰克·威尔切克 在2012年，时间晶体是粒子在时间维度上重复的运动，类似于钻石和石英等晶体是粒子在空间中重复的模式。

虽然原始理论描述了以“永久”方式重复的模式，但“临时”版本已经出现和在经过在这些中，可以测量与施加在晶体上的任何外部节奏不同的振荡模式。

这种新型是由玻璃容器内封闭的室温铷原子气体产生的。

中国清华大学物理学家吴晓玲、王竹青和杨帆领导的团队利用激光将原子激发至里德堡态。此时，能量以某种方式添加到原子中，使得最外层电子绕原子核运行更大的轨道，实质上将原子膨胀至其正常半径的数百倍。

从我们的角度来看，这仍然非常小，但当原子聚集在玻璃盒中时，它对原子相互作用的方式产生了有趣的影响。

“如果我们玻璃容器中的原子处于这种里德伯态，并且它们的直径变得非常大，那么这些原子之间的力也会变得非常大。”物理学家托马斯·波尔解释道维也纳科技大学。

“这反过来又改变了它们与激光相互作用的方式。如果你选择激光，使它能够同时激发每个原子中的两个不同的里德堡态，那么就会产生一个反馈回路，导致两个原子态之间发生自发振荡。这反过来也会导致振荡光吸收。”

因此，当研究小组用激光激发铷气时，发生了一些令人兴奋的事情。尽管激光的强度恒定，但当他们测量容器远端的光时，他们看到了原子振荡的迹象，因为原子在激发态和低激发态之间来回摆动。

这些振荡是有机出现的，因此符合时间晶体的定义。

“这实际上是一个静态实验，其中没有对系统施加任何特定的节奏。”波尔说“光与原子之间的相互作用总是相同的，激光束具有恒定的强度。但令人惊讶的是，事实证明，到达玻璃池另一端的强度开始以高度规则的模式振荡。”

这在需要高度规律、自持振荡的技术中具有潜在的应用。例如，计量学（测量科学）可以利用这种系统。量子信息处理基于里德伯原子将成为计算应用的有力工具。

“我们在这里创建了一个新系统，为加深我们对时间晶体现象的理解提供了一个强大的平台，它非常接近 Frank Wilczek 最初的想法。”波尔说。

该研究已发表于自然物理。