Onderzoekers van het Institute of Laser Physics aan de Universität Hamburg zijn er voor het eerst in geslaagd een tijdkristal te realiseren dat spontaan de continue tijdtranslatiesymmetrie verbreekt. Ze rapporteren hun observatie in een studie die online is gepubliceerd door het tijdschrift Science op donderdag 9 juni 2022.

Het idee van een tijdkristal gaat terug naar Nobelprijswinnaar Franck Wilczek, die het fenomeen voor het eerst voorstelde. Vergelijkbaar met water dat spontaan in ijs verandert rond het vriespunt, waardoor de translatiesymmetrie van het systeem wordt verbroken, breekt de tijdtranslatiesymmetrie in een dynamisch veellichamensysteem spontaan wanneer een tijdkristal wordt gevormd.

De afgelopen jaren hebben onderzoekers al discrete of Floquet-tijdkristallen waargenomen in periodiek aangedreven gesloten en open kwantumsystemen. "In alle eerdere experimenten wordt de continue-tijd-translatiesymmetrie echter verbroken door een tijd-periodieke aandrijving", zegt Dr. Hans Keßler van de groep van prof. Andreas Hemmerich bij de Cluster of Excellence CUI:Advanced Imaging of Matter. "De uitdaging voor ons was om een ​​systeem te realiseren dat spontaan de continue tijdtranslatiesymmetrie doorbreekt."

Een Bose-Einstein-condensaat gebruiken in een optische holte met hoge finesse

In hun experiment gebruikten de wetenschappers een Bose-Einstein-condensaat in een optische holte met hoge finesse. Met behulp van een tijdonafhankelijke pomp observeerden ze een limietcyclusfase die wordt gekenmerkt door opkomende periodieke oscillaties van het intracaviteitsfotongetal vergezeld van de atomaire dichtheid die door terugkerende patronen gaat.

Ze ontdekten dat de tijdfase van de oscillaties willekeurige waarden tussen 0 en 2π aanneemt, zoals verwacht voor spontaan verbroken continue symmetrie. Door het stabiliteitsgebied in de relevante parameterruimte te identificeren en de persistentie van de limietcyclusoscillaties aan te tonen, zelfs in de aanwezigheid van sterke tijdelijke verstoringen, toonden de onderzoekers de robuustheid van de dynamische fase aan. + Verder verkennen

De eerste experimentele realisatie van een dissipatief tijdkristal