물리학자들, 신비한 새로운 유형의 시간 결정 발견

그러나 질서는 훨씬 더 놀라운 방식으로, 즉 외부 타이머 없이 그 자체로 나타날 수도 있습니다. 수많은 입자가 복잡한 방식으로 상호 작용할 때 혼란스럽게 행동하는 대신 자연스럽게 반복되는 리듬에 빠질 수 있습니다. 이 현상을 ‘타임 크리스탈’이라고 합니다. TU Wien(비엔나)의 연구원들은 이제 과학자들이 가능하다고 믿었던 것과는 완전히 다른 메커니즘을 통해 시간 결정이 형성될 수 있음을 입증했습니다. 그들의 계산에 따르면 한때 이러한 패턴을 파괴한다고 생각되었던 입자 간의 양자 상관관계가 실제로 패턴을 안정화하는 데 도움이 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 이 발견은 양자 다입자 시스템에서 집단 행동이 어떻게 나타나는지에 대한 놀랍고 새로운 관점을 제공합니다.

우주 크리스탈과 시간 크리스탈

액체가 얼면 입자가 무질서에서 질서로 이동합니다. 액체 상태에서는 입자가 자유롭고 무작위로 움직이며 특별한 패턴을 보이지 않습니다. 액체가 응고됨에 따라 입자는 정확한 위치에 고정되어 규칙적이고 반복되는 공간 구조, 즉 결정을 형성합니다. 액체는 모든 방향에서 균일하지만 결정에서는 대칭이 깨집니다. 즉, 특정 방향이 다른 방향과 구별되면서 구조를 갖게 됩니다.

유사한 종류의 대칭 파괴가 공간이 아닌 시간이 지남에 따라 발생할 수 있습니까? 처음에는 매 순간 동일하게 행동하는 양자 시스템이 자동적으로 반복되는 시간 패턴, 즉 시간 자체의 질서 출현을 표시하는 리듬을 개발할 수 있을까요?

양자 변동: 유해한가, 유용한가?

“이 문제는 10년 넘게 양자 물리학의 집중적인 연구 주제였습니다.”라고 Thomas Pohl 교수 팀에서 박사 학위 논문을 위한 연구를 진행하고 있는 TU Wien 이론 물리학 연구소의 Felix Russo는 말합니다. 실제로 소위 시간 결정(Time Crystal), 즉 외부에서 박자를 가하지 않고도 시간적 리듬이 확립되는 시스템이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다.

“그러나 이것은 양자 물리학에서 불가피한 무작위 변동을 고려할 필요 없이 평균 값으로 물리학을 잘 설명할 수 있는 양자 가스와 같은 매우 특정한 시스템에서만 가능하다고 생각되었습니다.”라고 Felix Russo는 말했습니다. “우리는 이전에 시간 결정의 형성을 방지하는 것으로 생각되었던 입자 간의 양자 물리적 상관관계가 시간 결정 단계의 출현으로 이어질 수 있다는 것을 이제 보여주었습니다.”

입자 사이의 복잡한 양자 상호작용은 개별 입자 수준에서 설명할 수 없는 집단적 행동을 유도합니다. 이는 꺼진 양초에서 나오는 연기가 때때로 규칙적인 일련의 연기 고리를 형성할 수 있는 것과 유사합니다. 리듬이 외부에서 지시되지 않고 단일 연기 입자만으로는 이해할 수 없는 현상입니다.

레이저 격자의 입자

펠릭스 루소(Felix Russo)는 “우리는 레이저 빔에 의해 고정된 입자의 2차원 격자를 조사하고 있습니다. “그리고 여기서 우리는 입자 사이의 양자 상호작용으로 인해 격자의 상태가 진동하기 시작한다는 것을 보여줄 수 있습니다.”

이 연구는 양자 다체 시스템의 이론을 더 잘 이해할 수 있는 기회를 제공하여 새로운 양자 기술 또는 고정밀 양자 측정 기술의 길을 열었습니다.