科学家为时间晶体找到了实际用途

科学家终于为神秘的时间晶体找到了应用方向，而且一般人绝对想不到——一种化合物被发现可以当肥料使用，或用来为孩子们演示晶体生长的教学工具。

这种化合物是磷酸一铵(MAP)。要说怎么得到的这种时间晶体，耶鲁大学的物理学家们发现自己也是满脑袋问号。

在普通晶体中，原子排列成固定的网格结构，如金刚石或石英晶体的原子晶格。这些重复的晶格可以在配置上有所不同，但它们不会四处移动——它们仅在空间上重复，但在时间上仿若静止。

时间晶体是不同的事物。在2012年首先被物理学家按照抽理论预言其存在，并于2016年，进一步确定了它们所具有的相当奇异的特性。

肉眼看来，它们就像普通的晶体。但实际上，它们的原子是处于周期摆动中的——朝着一个方向旋转，当它们暴露在翻转了自旋方向的电磁脉冲下时，就会朝另一个方向旋转。

即使脉冲是极度不规则的，晶体原子的振荡——研究人员称之为时间晶体的“滴答作响”声 ——也被锁定在一个特定的非常规律的频率上。

因为它们是非常新颖的概念，所以离散时间晶体(DTC)很少被观察到，而且在哈佛大学的物理学家用氮空位钻石创建时间晶体之前，我们只有唯一一个固态时间晶体的实例。

第一个成功的实验。2016年马里兰大学展示了一系列镱原子的时间晶体行为。

尽管受到马里兰和哈佛大学实验的启发，耶鲁大学发现的新一代晶体与前两个发现又有所不同。

“我们决定尝试寻找自己DTC特征，”新论文的两位资深作者之一，物理学家Sean Barrett说，“我的学生Jared Rovny在实验室里生长出了一种完全不同的磷酸一铵(MAP)晶体，所以我们碰巧得到了一个。”

MAP晶体非常容易生长，并且网上可以找到说明和培养试剂。由于其随处可见，它绝对是一个令人意想不到的所在，可以在它身上找到时间晶体的特征。

以前，人们认为时间晶体只会出现在更混乱的环境中。

然而，将磷酸一铵晶体进行核磁共振后，团队发现了清晰的时间晶体特征——晶体内部高度有序的空间结构。

“我们的晶体测量结果看起来非常惊人。”Barrett说。 “我们的工作表明，原则上可以通过考察初始晶体的生长条件来发现DTC签名特征。”

时间晶体在实际应用中具有巨大潜力。它们可以用来改进我们当前的原子钟技术——复杂的时钟，现阶段我们可能达到的最准确的时间指示工具。

他们还可以改进诸如陀螺仪之类的技术，以及依赖原子钟的系统，如GPS——并且有助于设计量子纠缠实验。即使是DARPA美国国防高级研究计划局也在时间晶体的研究中投入了资源——尽管他们对于这个问题仍然保持谨慎的态度。

所以它们出现在这样一种普通的或看似普通的晶体中，所代表的可能性令人非常兴奋。

但这项工作也提出了一个难题。如果时间晶体能够在普通晶体中的有序空间排列中发生，物理学家将不得不进一步做出解释：它们怎么发生的？——以及为什么其他的普通晶体不显示出时间晶体的特征。

Barrett说：“现在谈论时间晶体理论的解决方案还为时尚早，但至少在未来几年内人们会持续地关注这个问题。”

该研究发表在两份期刊上，即物理评论快报和物理评论B。

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。