Кристаллы времени имитируют неуловимые частицы Майораны — прорыв в физике мягкой материи

Исследователи из группы физиков представили метод создания пространственно-временных кристаллов — экзотического состояния материи, в котором упорядоченность повторяется не только в пространстве, но и во времени. В отличие от обычных кристаллов, чья структура циклична в пространстве, темпоральные кристаллы демонстрируют периодичность во времени. Пространственно-временные кристаллы сочетают оба свойства: пространственная повторяемость изменяется с течением времени, но с определенным периодом.

Для получения такой структуры использовались жидкие кристаллы, аналогичные тем, что применяются в дисплеях. Их легировали, а затем приложили периодический электрический сигнал. В результате ученые зафиксировали эффект удвоения периода: кристаллический узор повторялся не с каждым циклом сигнала, а через один. Этот эффект был обусловлен движением топологических солитонов и дисклинаций — устойчивых скручиваний и резких нарушений ориентации молекул.

Майорановские частицы в классической системе

Особый интерес вызывает то, что солитоны и дисклинации вели себя как квазичастицы Майораны — гипотетические частицы, являющиеся собственными античастицами. Эти квазичастицы имеют огромное значение для физики сверхпроводимости и потенциально для создания квантовых компьютеров, но их экспериментальное обнаружение крайне сложно. Новая работа демонстрирует, что пространственно-временные кристаллы могут служить классическим аналогом таких квантовых объектов, облегчая их изучение.

Отметим, что, в отличие от квантовых аналогов, которые легко разрушаются, полученные кристаллы оказались исключительно устойчивыми. Даже при намеренном нарушении периодичности напряжения на 20 процентов они сохраняли стабильность. Синхронизированное циклическое поведение кристалла продолжалось более 24 часов, в то время как жизнь квантовых кристаллов времени измеряется миллисекундами.

Перспективы временной жидкокристалличности

Результаты работы показывают, что сложные пространственно-временные симметрии могут возникать в мягкой материи, которая обменивается энергией с окружающей средой. Исследователи полагают, что это открывает новую технологическую область, названную «временной жидкокристалличностью». Поскольку жидкие кристаллы широко используются в современной электронике, интеграция пространственно-временных кристаллов в практические разработки может быть осуществлена сравнительно легко.

Авторы надеются, что их работа не только углубит понимание фундаментальных свойств материи, но и даст практический инструмент для исследований частиц, которые пока существуют лишь в теории. Ученые уже называют такие системы «майорановскими фермионами для бедных», подчеркивая их доступность и стабильность по сравнению с чисто квантовыми аналогами.