Физики впервые увидели, как плавится пространственно-временной кристалл

Оказалось, в некоторых случаях порядок во времени может отделяться от порядка в пространстве.

Физики из Шанхайского университета Цзяотун создали пространственно-временной кристалл и впервые проследили за его плавлением. Оказалось, что временной и пространственный порядок в такой системе исчезают независимо, а весь переход проходит в три этапа.

В обычном кристалле частицы формируют упорядоченную решетку, периодически повторяющуюся в пространстве. У пространственно-временного кристалла структура воспроизводится не только в разных точках, но и через определенные интервалы времени.

Изучать подобные состояния сложно, поэтому ученые собрали макроскопический аналог такого кристалла. Основой установки стала плоская поверхность, вибрировавшая с частотой 100 Гц. На ней разместили сотни небольших пластиковых дисков с 6 наклонными ножками.

При контакте с пластиной частицы получали случайные импульсы и хаотично перемещались, однако при достаточно высокой плотности самопроизвольно выстраивались в треугольную решетку. После формирования кристалла вся структура начинала вращаться как единое твердое тело.

Чтобы запустить плавление, исследователи убрали часть дисков и снизили плотность частиц. Сначала синхронное движение стало нарушаться в отдельных областях, затем временной ритм исчез полностью, но пространственная решетка сохранила значительную степень упорядоченности.

На третьем этапе разрушилась уже сама решетка, после чего система перешла в состояние, напоминающее неупорядоченную жидкость. Ученые считают, что временной порядок исчезал из-за ослабления взаимодействий между частицами, а пространственный распад был связан с распространением дефектов по структуре кристалла.

Исследователи подчеркивают: эксперимент не доказывает, что все пространственно-временные кристаллы плавятся одинаково. Тем не менее работа впервые показала: при фазовом переходе порядок во времени способен отделяться от порядка в пространстве.