Forskare vid TU Wien har visat att kvantkorrelationer kan stabilisera tidskristaller, strukturer som oscillerar i tid utan externa drivkrafter. Till skillnad från tidigare övertygelser förstärker dessa kvantfluktuationer de rytmiska mönstren snarare än att störa dem. Upptäckten, uppnådd med ett laserfångat partikellattice, erbjuder nya insikter i kvantmångkroppssystem.
Tidskristaller representerar ett fascinerande kvantfenomen där system spontant utvecklar upprepande temporära mönster utan någon extern timer, liknande hur rumsliga kristaller bildar ordnade strukturer från oordnade vätskor.
I över ett decennium har kvantfysiker utforskat om en sådan tidsbaserad symmetribrott är möjlig. Tidigare ansågs tidskristaller möjliga endast i specifika system som kvantgaser, där slumpmässiga kvantfluktuationer kunde ignoreras till förmån för medelvärden. Felix Russo från Institutet för Teoretisk Fysik vid TU Wien, som arbetar i Prof. Thomas Pohls team, har dock visat motsatsen.
"Denna fråga har varit föremål för intensiv forskning inom kvantfysik i över tio år," säger Russo. Hans teams beräkningar avslöjar att kvantkorrelationer mellan partiklar—som en gång ansågs förhindra tidskristallbildning—faktiskt möjliggör det. "Vi har nu visat att det är just de kvantfysikaliska korrelationerna mellan partiklarna, som tidigare ansågs förhindra bildandet av tidskristaller, som kan leda till uppkomsten av tidskristallina faser."
Forskarna undersökte ett tvådimensionellt lattice av partiklar som hålls inne av laserkärror. På grund av kvantinteraktioner börjar latticets tillstånd att oscillera och uppvisa självorganiserande rytmiskt beteende som uppstår enbart från partikelinteraktioner. Detta kollektiva beteende speglar fenomen som rökringar som bildar regelbundna mönster utan extern påverkan.
Publicerad i Physical Review Letters (2025, volym 135, nummer 11), studien av Russo och Pohl främjar förståelsen av kvantmångkroppssystem. Den banar väg för innovationer inom kvantteknologier och högprecisions kvantmätningar.