Учени създадоха екстремна версия на „невъзможното“ състояние на материята, като надуха атомите като балони.

Чрез облъчване на рубидиеви атоми с лазери физиците ги възбуждат до „пухкавото“ състояние на Ридберг в експеримент, който води до създаването на екзотично състояние на материята, известно като времеви или темпорален кристал.

Това открива нови възможности за изучаване на свойствата на времевите кристали, както и на явления като квантовите флуктуации, корелацията и синхронизацията, които са важни за разработването на квантовите компютри.

Описани за първи път от американския физик-теоретик Франк Вилчек през 2012 г., времевите кристали са движения на частици, които се повтарят във времето, подобно на това как кристалите като диаманта и кварца са повтарящи се структури от частици в пространството.

Въпреки че оригиналната теория описва модели, които се повтарят безкрайно, „темпоралните“ версии са успешно реализирани експериментално и наблюдавани от различни групи физици. При тези експерименти са регистрирани вибрационни модели, които се различават от външните ритми, приложени към кристала. Тези наблюдения потвърдиха съществуването на самоорганизиращи се времеви структури в кристалните системи, което откри нови перспективи за изучаване динамиката на кондензираната материя и квантовите явления.

Новият тип времеви кристал е създаден от рубидиев газ при стайна температура, поставен в стъклена камера. Екип от физици, ръководен от Сяолин Ву, Жуцин Ванг и Фанг Ян от Университета Цинхуа, Китай, използва лазерна светлина, за да възбуди атомите до състоянията на Ридберг. В тези състояния външните електрони на атомите описват удължени орбити около ядрото, което увеличава размера на атома стотици пъти.

Въпреки че атомите остават микроскопични, това разширяване оказва значително влияние върху взаимодействията им в затвореното пространство на стъклената камера. В състоянията на Ридберг междуатомните сили се засилват значително, което от своя страна променя взаимодействието им с лазерното лъчение. Когато лазерът е прецизно настроен, за да възбуди едновременно две различни състояния на Ридберг, във всеки атом се образува обратна връзка, която предизвиква спонтанни колебания между тези атомни състояния и, като следствие, колебания в поглъщането на светлината.

По време на експеримента, въпреки постоянния интензитет на лазера, измерванията от противоположната страна на камерата разкриха доказателства за атомни осцилации между възбудените и по-малко възбудените състояния. Тези спонтанни осцилации са в съответствие с определението за времеви кристал.

Експериментът е уникален със статичния си характер: системата не е подложена на външни периодични въздействия. Взаимодействията между светлината и атомите остават непроменени, а интензитетът на лазерния лъч е постоянен. Въпреки това на изхода на стъклената камера се наблюдават строго периодични колебания в интензитета на светлината, което показва образуването на времева кристална структура.

Това има потенциално приложение в технологии, които изискват силно регулярни, самоподдържащи се колебания. Например метрологията би могла да използва подобна система. А квантовата обработка на информацията, базирана на атомите на Ридберг, може да бъде мощен инструмент за изчислителни цели.