Експериментът в Шанхай и ананомията на фазовия срив
Когато Франк Вилчек за първи път предложи хипотезата за пространствено-времевите кристали през 2012 година, теоретичната общност реагира със здравословна доза скептицизъм. Идеята, че дадена система може да показва периодично повторение не само в триизмерната си решетка, но и във времето, без това да нарушава законите за запазване на енергията, изглеждаше като математическа екстравагантност. В конвенционалната физика едно твърдо тяло – кубче лед или диамант – съществува в състояние на пространствена симетрия. Атомите му са фиксирани в координати. При пространствено-времевия кристал обаче системата поддържа външно индуциран или вътрешно възникващ ритъм, който пулсира постоянно, противопоставяйки се на топлинния хаос.
Проблемът на тези екзотични състояния никога не е бил в теорията, а в суровата реалност на лабораторната логистика. За да поддържаш подобен кристал, са ти нужни ултрастудени капани, лазерни решетки с прецизност до фемтосекунди и пълна изолация от каквито и да е външни смущения. Всяка термодинамична пролука или закъснение в импулса срива състоянието за частици от секундата. Именно затова изследването на екипа от Шанхайския университет „Джиаотун“ прави толкова сериозен пробив в архивното гробище на теоретичните хипотези. Те не просто са създали въпросната система, а са я подложили на критични натоварвания, за да наблюдават нейното физическо топене.
Това, което изследователите наблюдават в експерименталния си комплекс, излиза извън рамките на познатото ни разтопяване на лед или метал. В обикновения свят, когато повишавате температурата или нарушавате налягането, кристалната решетка губи своята структура наведнъж. Връзките между атомите се разпадат едновременно, превръщайки подреденото твърдо тяло в аморфна течност. При пространствено-времевия кристал обаче се случва нещо съвсем различно. Анализът на данните показва, че времевият ритъм на системата и нейната пространствена решетка се сриват поотделно, под влиянието на абсолютно независими един от друг фактори.
Времевият ред спира да функционира тогава, когато колективното взаимодействие между частиците отслабне под определен праг. С други думи, атомите просто „забравят“ ритъма си на трептене, въпреки че все още може да заемат същите геометрични позиции в пространството. Обратно, пространствената решетка се руши по познатия ни класически сценарий – чрез натрупване, микроскопично изместване и разпространение на дефекти в самата структура. Числата и измерванията от инструментариума на шанхайския екип потвърждават, че тези две събития не съвпадат по време и не се управляват от един и същ критичен праг.
