Pour la première fois, des chercheurs ont observé une rupture dans un seul système quantique. L'observation - et la façon dont ils ont fait l'observation - a des implications potentielles pour la physique au-delà de la compréhension standard de la façon dont les particules quantiques interagissent pour produire de la matière et permettre au monde de fonctionner tel que nous le connaissons.

Les chercheurs ont publié leurs résultats le 31 mai, dans la revue Science .

Appelée symétrie parité-temps (PT), le terme mathématique décrit les propriétés d'un système quantique - l'évolution du temps pour une particule quantique, ainsi que si la particule est paire ou impaire. Que la particule avance ou recule dans le temps, l'état d'impair ou de régularité reste le même dans le système équilibré. Lorsque la parité change, l'équilibre du système — la symétrie du système — se brise.

Afin de mieux comprendre les interactions quantiques et développer des dispositifs de nouvelle génération, les chercheurs doivent être capables de contrôler la symétrie des systèmes. S'ils peuvent briser la symétrie, ils pourraient manipuler l'état de spin des particules quantiques lorsqu'elles interagissent, résultant en des résultats contrôlés et prédits.

"Notre travail porte sur ce contrôle quantique, " dit Yang Wu, un auteur sur le papier et un doctorat. étudiant au Laboratoire national de Hefei pour les sciences physiques à l'échelle microscopique et au Département de physique moderne de l'Université des sciences et technologies de Chine. Wu est également membre du laboratoire clé de l'Académie chinoise des sciences de résonance magnétique microscopique.

Wu, son doctorat le superviseur Rong et ses collègues ont utilisé un centre de vacance d'azote dans un diamant comme plate-forme. L'atome d'azote avec un électron supplémentaire, entouré d'atomes de carbone, crée la capsule parfaite pour étudier plus avant la symétrie PT de l'électron. L'électron est un système à spin unique, ce qui signifie que les chercheurs peuvent manipuler l'ensemble du système simplement en changeant l'évolution de l'état de spin des électrons.

Grâce à ce que Wu et Rong appellent une méthode de dilatation, les chercheurs ont appliqué un champ magnétique à l'axe du centre de vacance d'azote, tirant l'électron dans un état d'excitabilité. Ils ont ensuite appliqué des impulsions micro-ondes oscillantes, changer la parité et la direction du temps du système et provoquer sa rupture et sa dégradation avec le temps.

"En raison de l'universalité de notre méthode de dilatation et de la grande contrôlabilité de notre plateforme, ce travail ouvre la voie à l'étude expérimentale de nouveaux phénomènes physiques liés à la symétrie PT, " a déclaré Wu.

Les auteurs correspondants Jiangfeng Du et Xing Rong, professeurs du Laboratoire national Hefei des sciences physiques à l'échelle microscopique et du Département de physique moderne de l'Université des sciences et technologies de Chine, étaient d'accord.

"Les informations extraites de telles dynamiques étendent et approfondissent la compréhension de la physique quantique, " dit Du, qui est également académicien de l'Académie chinoise des sciences. "Le travail ouvre la porte à l'étude de la physique exotique avec des systèmes quantiques non classiques."