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Wissenschaftler erschaffen eine neue Form von Materie, den „Zeitkristall“

krisWissenschaftler berichteten in der Zeitschrift Nature über die Erschaffung einer neuen Phase der Materie, die sie als „Zeitkristall“ bezeichneten. In dieser Phase bewegen sich die Atome nach einem Schema, das sich in der Zeit und nicht im Raum wiederholt. In einem Zeitkristall ordnen sich die Atome niemals in einem sogenannten thermalen Gleichgewicht an, das heißt in einem Zustand, in dem sie alle über die gleiche Menge an Wärmeenergie verfügen. Beim Zeitkristall handelt es sich um eines der ersten Beispiele für eine große neue Klasse von Materiezuständen, die man als Nichtgleichgewichtsphasen bezeichnet.

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In einem Zeitkristall ordnen sich die Atome niemals in einem sogenannten thermalen Gleichgewicht an, das heißt in einem Zustand, in dem sie alle über die gleiche Menge an Wärmeenergie verfügen. Beim Zeitkristall handelt es sich um eines der ersten Beispiele für eine große neue Klasse von Materiezuständen, die man als Nichtgleichgewichtsphasen bezeichnet. Schon vor langer Zeit vorausgesagt, galten solche Phasen dennoch bis vor Kurzem noch als unerreichbar. Ähnlich wie die Forschungsreisenden früherer Zeiten, die zum ersten Mal einen neu entdeckten Kontinent betraten, machen sich nunmehr die Physiker mit Feuereifer an die Erforschung dieses neuen Gebietes.

„Hier öffnet sich uns die Tür zu einer völlig neuen Welt der Nichtgleichgewichtsphasen“,

meinte Andrew Potter, Dozent an der Universität Texas in Austin.

„Auf der Grundlage der theoretischen Konzepte, mit denen wir schon seit Jahren operieren, haben wir im Labor nun tatsächlich etwas Konkretes geschaffen. Hoffentlich wird dieses Beispiel Schule machen, und es werden noch viele weitere Beispiele folgen.“

Einige Nichtgleichgewichtsphasen der Materie könnten sich für die Speicherung und Übertragung von Daten in Quantencomputern als nützlich erweisen.

Dr. Potter gehört einem Team unter der Leitung von Forschern der Universität Maryland an, dem es gelang, aus Ionen, also elektrisch geladenen Atomen, des Elements Ytterbium den ersten Zeitkristall herzustellen. Durch Erzeugung eines genau abgestimmten elektrischen Feldes konnten die Forscher zehn dieser Ionen in Levitation über der Oberfläche versetzen. Danach beschossen sie die Atome mit einem Laserpuls und brachten sie auf diese Weise zum Flippen. Durch fortgesetzten Beschuss in einem regelmäßigen Rhythmus etablierte sich ein bestimmtes Muster von Flippbewegungen, das sich im Laufe der Zeit wiederholte.

Dr. Potter betont, dass sich die Flippbewegungen der Atome halb so schnell wiederholten wie die Laserpulse. Das ist, als würde man zweimal pro Sekunde eine Klaviertaste anschlagen, aber nur einmal pro Sekunde einen Ton hören. Dieses merkwürdige Quantenverhalten entsprach genau dem, was Dr. Potter und seine Kollegen erwartet hatten, und es bestätigte, dass es sich in der Tat um einen Zeitkristall handelte.

Dem Team gehören Forscher des amerikanischen National Institute of Standards and Technology der Universität Kalifornien in Berkeley und der Harvard-Universität sowie Physiker der Universitäten Maryland und Texas an.

Quelle: ScienceDaily.com, 08.03.2017, http://tinyurl.com/h4cmInc

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