Акустический кристалл времени: физики создали видимую материю, частицы которой нарушают третий закон Ньютона

Коллектив физиков из Нью-Йоркского университета (NYU) впервые зафиксировал существование темпорального кристалла, компоненты которого буквально парят на «звуковой подушке», вступая в резонанс через обмен акустическими импульсами. Кристаллы времени представляют собой уникальные динамические системы, структура которых периодически трансформируется, нарушая фундаментальную симметрию трансляции времени. Данный прорыв закладывает фундамент для эволюции квантовых вычислений и систем архивации данных, демонстрируя межчастичное взаимодействие, которое фактически обходит третий закон Ньютона.

В отличие от классической механики, постулирующей равенство действия и противодействия, в новооткрытом кристалле силы распределяются асимметрично: частицы ведут себя автономно, не подчиняясь правилу сбалансированного отклика. Экспериментальная установка базировалась на использовании полистироловых сфер, удерживаемых в пространстве посредством акустического левитатора.

«Темпоральные кристаллы приковывают внимание не только своими технологическими перспективами, но и экзотической природой. Наша разработка выделяется на фоне аналогов своей изящной простотой», — поясняет ведущий автор исследования, профессор физики и глава Центра изучения мягкой материи NYU Дэвид Грир. Структура кристалла формируется из полистироловых гранул, стабилизированных в воздухе звуковыми полями, создающими эффект акустического парения.

Аспирантка NYU Миа Моррелл проводит аналогию: «Звуковое давление воздействует на объекты подобно тому, как рябь на воде толкает упавший лист. Погружая микрочастицы в область стоячей волны, мы заставляем их левитировать вопреки гравитации». Принципиально важным аспектом является то, что в процессе левитации частицы начинают непрерывно обмениваться энергией через рассеянные звуковые колебания.

Поскольку крупные объекты рассеивают звук интенсивнее мелких, возникает дисбаланс: массивная частица доминирует в своем влиянии на меньшую, не получая соразмерного обратного импульса. «Представьте два судна разного тоннажа у причала, — иллюстрирует Моррелл. — Каждое из них порождает волнение, воздействующее на соседа, однако сила этого влияния будет крайне неравномерной из-за разницы в габаритах».

Такие опосредованные волнами связи свободны от ограничений третьего закона Ньютона, что провоцирует спонтанную осцилляцию сфер в подвешенном состоянии. Они начинают отсчитывать четкий ритм, компенсирующий возникающие аномальные силы. Исследователи полагают, что изучение этого феномена поможет раскрыть тайны биологических хронометров, так как многие биохимические цепочки функционируют на принципах нереципрокности, где влияние одного звена на другое значительно превосходит ответную реакцию.

Источник: iXBT