ニューヨーク大学の物理学者が、音波を用いて微小な発泡スチロールの粒子を浮揚させる新しいタイプのタイムクリスタルを開発した。この系ではニュートンの運動の第3法則に反する非相反的な相互作用が生じる。この小型で肉眼で確認可能なシステムは一定のリズムで振動し、その詳細は『Physical Review Letters』誌に掲載された。研究チームは、量子コンピューティングへの応用や生物リズムの解明に繋がる可能性を示唆している。
約10年前に理論化され確認されたタイムクリスタルは、外部からのエネルギー供給なしに周期的な運動を示す粒子で構成されている。ニューヨーク大学ソフトマター研究センターのチームが作成した最新バージョンは、音響浮揚装置を使用して、定在波の中に小さな発泡スチロールの粒子を浮かべる仕組みである。これらの粒子は散乱した音波を介して相互作用し、不均等な力を生み出す。大きな粒子は小さな粒子に強い影響を与える一方でその逆は弱く、ニュートンの第3法則である「作用・反作用の法則」に抵触する。これが自発的な振動を引き起こし、タイムクリスタルのリズムパターンを形成する。装置は高さ約30センチの手のひらサイズで、特別な機器なしで観測可能である。筆頭著者である大学院生のミア・C・モレル氏は、「音波は粒子に力を及ぼします。池の表面の波が浮かんでいる葉に力を及ぼすのと同じです。定在波と呼ばれる音場に物体を浸すことで、重力に逆らって物体を浮揚させることができます」と説明した。同氏は、この相互作用を「桟橋に近づくサイズの異なる2隻のフェリー」に例え、サイズの違いが非対称な波の影響を引き起こすと解説している。主任研究者である物理学のデビッド・G・グリア教授は、「タイムクリスタルは、その可能性だけでなく、非常にエキゾチックで複雑に見える点でも魅力的です。我々のシステムは、驚くほどシンプルであるという点で際立っています」と述べた。学部生のリーラ・エリオット氏も研究に貢献し、成果は『Physical Review Letters』（2026年、136巻5号、DOI: 10.1103/zjzk-t81n）に掲載された。本研究は全米科学財団の助成金（DMR-21043837およびDMR-2428983）の支援を受けた。量子コンピューティングなどの技術を超え、この非相反的な力学は、概日リズムや食物代謝といったプロセスにも類似している。