Physiker der New Yorker Universität haben eine neue Art von Zeitkristall vorgestellt – eine ungewöhnliche Materieform, bei der die Teilchen in stabilen periodischen Bewegungen beteiligt sind. Dies meldete das Journal „Physical Review Letters“ (PRL).
Im Gegensatz zu früheren Konzepten arbeitet das neue System im makroskopischen Bereich, ist mit bloßem Auge sichtbar und wird in der Luft durch Schall gehalten. Zeitkristalle sind spezielle Systeme, bei denen sich die Teilchen ohne äußeren Einfluss in wiederholten Zyklen bewegen. Sie wurden theoretisch vorhergesagt und vor zehn Jahren experimentell bestätigt. Trotz ihrer fundamentalen Eigenschaften gelten solche Strukturen als vielversprechend für Quantenberechnungen und Datenspeicherung.
In der neuen Studie schufen die Wissenschaftler einen Zeitkristall durch akustische Levitation. Kleine Kugeln aus Polystyrol werden in der Luft durch eine stehende Schallwelle gehalten und interagieren über Schwingungen miteinander.
„Schallwellen können auf Teilchen so wirken, wie Wellen auf der Wasseroberfläche ein Blatt bewegen“, sagt Mia Morrell, Doktorandin an der New Yorker Universität.
Ihrer Meinung nach können Teilchen durch Platzierung in ein stehendes Wellenfeld gegen die Schwerkraft in der Luft gehalten werden. In diesem System ist die Wechselwirkung zwischen den Teilchen ungewöhnlich: Größere Kugeln erzeugen mehr Schall, während kleinere stärker beeinflusst werden. Dies führt zu einer asymmetrischen Wechselwirkung.
„Stellen Sie sich zwei Boote unterschiedlicher Größe vor, die auf eine Brücke zufahren: Jedes erzeugt Wellen und beeinflusst das andere unterschiedlich“, sagt Morrell.
Diese Asymmetrie lässt das System so erscheinen, als würde es Newtons drittes Gesetz (Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung) verletzen. Die Wechselwirkungen sind ungleichgewichtig und sorgen für selbstständige stabile Schwingungen der Teilchen, also die Bildung eines Zeitkristalls.
Der Leiter der Studie, Physikprofessor David Grier, hob besonders die Einfachheit des neuen Systems hervor:
„Zeitkristalle mögen exotisch und komplex erscheinen, doch unser System ist in seiner Einfachheit faszinierend“, sagt David Grier.
