Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een breuk waargenomen in een enkel kwantumsysteem. De waarneming - en hoe ze de waarneming deden - heeft mogelijke implicaties voor de natuurkunde die verder gaan dan het standaardbegrip van hoe kwantumdeeltjes op elkaar inwerken om materie te produceren en de wereld te laten functioneren zoals wij die kennen.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 31 mei, in het journaal Wetenschap .

Genaamd pariteitstijd (PT) symmetrie, de wiskundige term beschrijft de eigenschappen van een kwantumsysteem - de evolutie van de tijd voor een kwantumdeeltje, evenals of het deeltje even of oneven is. Of het deeltje nu vooruit of achteruit gaat in de tijd, de staat van onevenheid of gelijkmatigheid blijft hetzelfde in het gebalanceerde systeem. Wanneer de pariteit verandert, de balans van het systeem - de symmetrie van het systeem - breekt.

Om kwantuminteracties beter te begrijpen en apparaten van de volgende generatie te ontwikkelen, onderzoekers moeten de symmetrie van systemen kunnen beheersen. Als ze de symmetrie kunnen doorbreken, ze konden de spintoestand van de kwantumdeeltjes manipuleren terwijl ze op elkaar inwerken, wat resulteert in gecontroleerde en voorspelde resultaten.

"Ons werk gaat over die kwantumcontrole, " zei Yang Wu, een auteur op het papier en een Ph.D. student in het Hefei National Laboratory for Physical Sciences op de Microscale en Department of Modern Physics aan de University of Science and Technology of China. Wu is ook lid van het Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance van de Chinese Academie van Wetenschappen.

Wu, zijn doctoraat supervisor Rong en collega's gebruikten een stikstof-vacaturecentrum in een diamant als platform. Het stikstofatoom met een extra elektron, omgeven door koolstofatomen, creëert de perfecte capsule om de PT-symmetrie van het elektron verder te onderzoeken. Het elektron is een single-spin systeem, wat betekent dat de onderzoekers het hele systeem kunnen manipuleren door de evolutie van de elektronspintoestand te veranderen.

Door wat Wu en Rong een dilatatiemethode noemen, de onderzoekers legden een magnetisch veld aan op de as van het stikstof-vacaturecentrum, het elektron in een toestand van prikkelbaarheid trekken. Vervolgens pasten ze oscillerende microgolfpulsen toe, het veranderen van de pariteit en tijdrichting van het systeem en ervoor zorgen dat het met de tijd breekt en vervalt.

"Vanwege de universaliteit van onze dilatatiemethode en de hoge beheersbaarheid van ons platform, dit werk maakt de weg vrij om enkele nieuwe fysische fenomenen met betrekking tot PT-symmetrie experimenteel te bestuderen, ' zei Wu.

Corresponderende auteurs Jiangfeng Du en Xing Rong, professoren met het Hefei National Laboratory for Physical Sciences op de Microscale en Department of Modern Physics aan de University of Science and Technology of China, waren het erover eens.

"De informatie die uit dergelijke dynamiek wordt gehaald, vergroot en verdiept het begrip van de kwantumfysica, " zei Du, die ook een academicus is van de Chinese Academie van Wetenschappen. "Het werk opent de deur naar de studie van exotische fysica met niet-klassieke kwantumsystemen."