Физики Нью-Йоркского университета представили новую форму материи – кристалл времени, частицы которого удерживаются и взаимодействуют при помощи звуковых волн. В отличие от традиционных кристаллов, структура которых повторяется в пространстве, эти системы демонстрируют устойчивые периодические циклы движения во времени. Результаты исследования, опубликованные в журнале «Physical Review Letters», расширяют представления о динамических фазах материи и могут найти применение в создании новых систем хранения данных.
Для проведения эксперимента ученые использовали компактную установку высотой около тридцати сантиметров. Внутри устройства, работающего как акустический левитатор, были размещены небольшие сферы из пенопласта. Под воздействием стоячих звуковых волн частицы удерживались в воздухе в неподвижном состоянии. Взаимодействие между ними возникало за счет рассеивания звука: волны, отраженные одной сферой, оказывали давление на соседние объекты.
Ключевой особенностью системы стало нарушение принципа взаимности, тесно связанного с третьим законом Ньютона. В классической механике силы взаимодействия между двумя телами всегда равны и противоположны по направлению, однако в акустической среде этот баланс смещается. Из-за разницы в размерах сфер более крупные частицы рассеивали больше звуковой энергии, воздействуя на меньшие объекты сильнее, чем те в ответ. Эта асимметрия заставляла частицы самостоятельно приходить в движение и формировать стабильный ритм колебаний.
Профессор Дэвид Грир, возглавляющий Центр исследований мягкой материи в Нью-Йоркском университете, отметил, что простота установки позволяет детально изучать экзотические состояния вещества без использования сложного квантового оборудования. В то время как первые кристаллы времени требовали экстремально низких температур и работы на атомном уровне, акустическая модель наглядна и функционирует при комнатной температуре.
Исследователи также обнаружили связь между поведением сфер в звуковом поле и биологическими процессами. Несимметричные взаимодействия лежат в основе циркадных ритмов и метаболизма живых организмов, где химические реакции часто протекают в одностороннем порядке. Ученые рассчитывают, что изучение подобных макроскопических моделей поможет лучше понять, как сложные системы поддерживают внутреннюю синхронизацию и управляют распределением энергии.
