Физики создали видимый кристалл времени: частицы левитируют на звуковых волнах и взаимодействуют так, что третий закон Ньютона перестаёт работать
Группа физиков из Нью-Йоркского университета (NYU) впервые наблюдала кристалл времени, чьи частицы «левитируют» на звуковой подушке, взаимодействуя друг с другом посредством обмена звуковыми волнами. Кристаллы времени — это системы частиц, периодически изменяющиеся во времени, нарушающие временную трансляционную симметрию. Их создание и изучение может привести к прорывам в квантовых вычислениях и хранении данных. Открытие демонстрирует взаимодействие частиц, противоречащее третьему закону Ньютона.
В отличие от привычного понимания, где на каждое действие есть равное и противоположное противодействие, в новом кристалле частицы взаимодействуют более независимо, не всегда подчиняясь сбалансированным силам. В эксперименте использовались шарики из пенополистирола, удерживаемые в воздухе с помощью акустического левитатора.
«Кристаллы времени увлекательны не только из-за потенциальных возможностей, но и из-за их экзотичности и сложности. Наша система примечательна своей невероятной простотой», — отмечает профессор физики Дэвид Грир, директор Центра исследований мягкой материи NYU и ведущий автор статьи. Кристалл времени состоит из пенополистироловых шариков, удерживаемых в воздухе звуковыми волнами, которые создают акустическую левитацию.
Миа Моррелл, аспирантка NYU, поясняет: «Звуковые волны оказывают силы на частицы — подобно тому, как волны на поверхности пруда могут воздействовать на плавающий лист. Мы можем левитировать объекты против силы тяжести, погружая их в звуковое поле, называемое стоячей волной». Ключевым моментом является то, что при взаимодействии левитирующих частиц происходит обмен рассеянными звуковыми волнами.
При этом более крупные частицы рассеивают больше звука, чем мелкие. Следовательно, большая частица оказывает большее влияние на маленькую, чем маленькая на большую. В результате взаимодействие между маленькой и большой частицей становится несбалансированным. «Представьте себе два парома разного размера, приближающихся к доку, — говорит Моррелл. — Каждый из них создает волны, которые толкают другой, но в разной степени, в зависимости от их размера».
Эти опосредованные волнами взаимодействия не ограничены третьим законом Ньютона, что позволяет шарикам спонтанно колебаться в подвешенном состоянии, отсчитывая ритм, который точно уравновешивает необычные силы, которые они испытывают. Авторы работы отмечают, что подобный механизм может быть полезен для изучения биологических часов, поскольку некоторые биохимические сети также взаимодействуют нереципрокно (одна частица влияет на другую сильнее, чем получает ответное воздействие от неё).