Уникальный эксперимент NYU: кристалл времени на звуковой подушке
Исследователи из Нью-Йоркского университета (NYU) добились значимого результата, впервые зафиксировав состояние кристалла времени, в котором частицы удерживаются в воздухе за счет акустической левитации. Такие системы, известные своей способностью нарушать временную трансляционную симметрию, периодически меняют свое состояние. Разработка подобных структур открывает новые горизонты в области квантовых вычислений и перспективных методов хранения данных. Важнейшей особенностью эксперимента стало наблюдение взаимодействий, которые прямо противоречат классическому третьему закону Ньютона.
В отличие от привычной механики, где любое действие сопровождается равным по силе и обратным по направлению противодействием, в новой системе частицы проявляют независимость, не подчиняясь правилам баланса сил. В качестве подопытных объектов ученые применили миниатюрные шарики из пенополистирола, которые парили в пространстве благодаря акустическому левитатору.
Особенности акустической левитации в исследовании
Профессор физики Дэвид Грир, возглавляющий Центр исследований мягкой материи NYU, подчеркивает, что данная система выделяется на фоне других своей элегантной простотой. «Кристаллы времени привлекают внимание ученых не только своей практической значимостью, но и экзотичностью. Мы создали структуру, состоящую из пенополистироловых сфер, которые удерживаются звуковыми волнами», — отмечает эксперт.
Фото: NYU’s Center for Soft Matter Research
Как объясняет аспирантка NYU Миа Моррелл, звуковые волны воздействуют на физические объекты по аналогии с тем, как водная рябь перемещает лист на поверхности водоема. Метод, используемый учеными, позволяет противодействовать гравитации, помещая частицы в так называемую стоячую волну. Фундаментальный принцип работы этой системы заключается в том, что левитирующие объекты обмениваются между собой рассеянными звуковыми импульсами.
Механика нереципрокного взаимодействия
Ученые выявили важную закономерность: интенсивность рассеивания звука напрямую зависит от размера частицы. Более крупный объект сильнее влияет на окружающую среду, чем миниатюрный. В конечном счете взаимодействие между ними становится асимметричным: большая частица оказывает более мощное воздействие на меньшую, чем получает в ответ.
Моррелл приводит наглядную аналогию: «Представьте два парома разной габаритности, которые приближаются к причалу. Каждый из них генерирует волны, влияющие на другой объект, однако сила этого воздействия неравноценна и зависит исключительно от массы и размера судов». Поскольку подобные взаимодействия, опосредованные волнами, не ограничены рамками третьего закона Ньютона, шарики способны спонтанно колебаться, сохраняя ритм, компенсирующий возникающие дисбалансы сил. Авторы исследования полагают, что данный механизм найдет применение в изучении биологических часов, где биохимические процессы часто характеризуются именно такой нереципрокной связью.
