Les physiciens de Yale ont découvert des indices d'un cristal temporel – une forme de matière qui « tique » lorsqu'elle est exposée à une impulsion électromagnétique – au dernier endroit auquel ils s'attendaient :un cristal que vous pourriez trouver dans un jouet d'enfant.

La découverte signifie qu'il y a maintenant de nouvelles énigmes à résoudre, en termes de la façon dont les cristaux de temps se forment en premier lieu.

Les cristaux ordinaires tels que le sel ou le quartz sont des exemples de trois dimensions, cristaux spatiaux ordonnés. Leurs atomes sont disposés dans un système répétitif, quelque chose que les scientifiques savent depuis un siècle.

Cristaux de temps, identifié pour la première fois en 2016, sont différents. Leurs atomes tournent périodiquement, d'abord dans un sens puis dans un autre, comme une force de pulsation est utilisée pour les retourner. C'est le "tic-tac". En outre, le tic-tac dans un cristal temporel est verrouillé à une fréquence particulière, même lorsque les sauts d'impulsion sont imparfaits.

Les scientifiques disent que la compréhension des cristaux de temps peut conduire à des améliorations des horloges atomiques, gyroscope, et magnétomètres, ainsi que l'aide à la construction de technologies quantiques potentielles. Le département américain de la Défense a récemment annoncé un programme pour financer davantage de recherches sur les systèmes à cristaux temporels.

Les nouvelles découvertes de Yale sont décrites dans une paire d'études, un dans Lettres d'examen physique et l'autre en Examen physique B . Les études représentent la deuxième expérience connue d'observation d'une signature révélatrice d'un cristal à temps discret (DTC) dans un solide. Des expériences antérieures ont suscité une vague d'attention médiatique au cours de la dernière année.

"Nous avons décidé d'essayer de rechercher nous-mêmes la signature DTC, " a déclaré Sean Barrett, professeur de physique à Yale, chercheur principal pour les deux nouvelles études. "Mon étudiant Jared Rovny avait cultivé des cristaux de phosphate de monoammonium (MAP) pour une expérience complètement différente, nous en avions donc un dans notre labo."

Les cristaux MAP sont considérés comme si faciles à cultiver qu'ils sont parfois inclus dans des kits de culture de cristaux destinés aux jeunes. Il serait inhabituel de trouver une signature de cristal temporel à l'intérieur d'un cristal MAP, Barrett a expliqué, parce que l'on pensait que les cristaux temporels se formaient dans des cristaux avec plus de "désordre" interne.

Les chercheurs ont utilisé la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour rechercher une signature DTC et l'ont rapidement trouvée. "Nos mesures de cristal semblaient assez frappantes dès le départ, " a déclaré Barrett. "Notre travail suggère que la signature d'un DTC pourrait être trouvée, en principe, en regardant dans un kit de culture de cristaux pour enfants."

Une autre chose inattendue s'est produite, également. "Nous avons réalisé que le simple fait de trouver la signature DTC ne prouvait pas nécessairement que le système avait une mémoire quantique de la façon dont il s'est produit, " a déclaré Robert Blum, étudiant diplômé de Yale, un co-auteur sur les études. "Cela nous a incités à essayer un écho de cristal temporel, ' qui a révélé la cohérence cachée, ou ordre quantique, au sein du système, " ajouta Rovny, également un étudiant diplômé de Yale et auteur principal des études.

Barrett a noté que les résultats de son équipe, combiné avec les expériences précédentes, « présenter un casse-tête » pour les théoriciens essayant de comprendre comment se forment les cristaux de temps.

"Il est trop tôt pour dire quelle sera la résolution de la théorie actuelle des cristaux à temps discret, mais les gens travailleront sur cette question pendant au moins les prochaines années, " dit Barrett.