Forskare från Institutet för Laserfysik vid Universität Hamburg har för första gången lyckats förverkliga en tidskristall som spontant bryter kontinuerlig tidsöversättningssymmetri. De rapporterar sin observation i en studie publicerad online av tidskriften Science torsdagen den 9 juni 2022.

Idén om en tidskristall går tillbaka till Nobelpristagaren Franck Wilczek, som först föreslog fenomenet. I likhet med vatten som spontant förvandlas till is runt fryspunkten, och därigenom bryter systemets translationssymmetri, bryts tidstranslationssymmetrin i ett dynamiskt mångakroppssystem spontant när en tidskristall bildas.

Under de senaste åren har forskare redan observerat diskreta eller Floquet-tidskristaller i periodiskt drivna slutna och öppna kvantsystem. "I alla tidigare experiment bryts emellertid den kontinuerliga tidsöversättningssymmetrin av en tidsperiodisk drift", säger Dr. Hans Keßler från Prof. Andreas Hemmerichs grupp vid Cluster of Excellence CUI:Advanced Imaging of Matter. "Utmaningen för oss var att realisera ett system som spontant bryter den kontinuerliga tidsöversättningssymmetrin."

Användning av ett Bose-Einstein-kondensat inuti en optisk högfinhetskavitet

I sitt experiment använde forskarna ett Bose-Einstein-kondensat inuti en optisk hålighet med hög finess. Med hjälp av en tidsoberoende pump observerade de en gränscykelfas som kännetecknas av framträdande periodiska oscillationer av intrakavitetsfotontalet åtföljd av atomdensiteten som cirkulerar genom återkommande mönster.

De fann att tidsfasen för svängningarna tar slumpmässiga värden mellan 0 och 2π, som förväntat för spontant bruten kontinuerlig symmetri. Genom att identifiera stabilitetsområdet i det relevanta parameterutrymmet och visa uthålligheten hos gränscykelsvängningarna även i närvaro av starka tidsmässiga störningar, visade forskarna robustheten i den dynamiska fasen. + Utforska vidare

Den första experimentella realiseringen av en dissipativ tidskristall