Wissenschaftler haben eine neuartige Form eines Zeitkristalls entdeckt – ein sogenanntes „Zeitrondeau“ –, das das konventionelle Verständnis der zeitlichen Ordnung in Frage stellt. Dieser Kristall weist eine einzigartige Mischung aus Ordnung und Chaos auf und oszilliert in einem Muster, das sich trotz kurzfristiger Unvorhersehbarkeit über längere Zeiträume wiederholt. Die Entdeckung eröffnet neue Wege zur Erforschung der grundlegenden Natur der Zeit und der Fähigkeit der Materie, die zeitliche Struktur aufrechtzuerhalten.
Jenseits traditioneller Zeitkristalle
Zeitkristalle, die 2012 erstmals theoretisiert und 2016 beobachtet wurden, sind Materialien, deren Atome in sich wiederholenden Mustern schwingen, ohne dass dafür eine externe Energiezufuhr erforderlich ist. Im Gegensatz zu regulären Kristallen mit sich wiederholenden räumlichen Anordnungen weisen Zeitkristalle eine Periodizität in der Zeit selbst auf. Das neu entdeckte Zeitrondeau führt dieses Konzept weiter.
Anstelle einer strikten Wiederholung durchläuft dieser Kristall zyklisch Perioden der Ordnung und Unordnung. Dies ist vergleichbar mit einem musikalischen Rondeau, einer Komposition, die zwischen einem wiederkehrenden Thema und kontrastierenden Variationen wechselt. Wie die Forscher feststellten, ähnelt das Muster Mozarts „Rondo alla Turca“, daher der Name.
Ordnung im Chaos
Der Versuchsaufbau umfasste die Manipulation von Defekten im atomaren Maßstab – insbesondere Stickstoff-Leerstellenzentren – innerhalb eines Diamantgitters. Durch die Anwendung präzise getimter Laserpulse hyperpolarisierten Wissenschaftler Kohlenstoff-13-Kerne und trieben ihre Spins durch eine Mischung aus periodischen und zufälligen Sequenzen.
Die wichtigste Erkenntnis war, dass sich der Gesamtzustand des Kristalls trotz kurzfristiger Störungen innerhalb jedes Pulszyklus zu Beginn jedes neuen Zyklus wiederholte. Dieses Verhalten ähnelt einem Stroboskoplicht, das ein sich wiederholendes Muster in einem sich drehenden Rad einfängt: Einzelne Bilder mögen chaotisch erscheinen, aber die Gesamtbewegung ist vorhersehbar.
Informationen rechtzeitig kodieren
Um die Steuerbarkeit zu demonstrieren, haben die Forscher sogar Text im Standard-ASCII-Format in das Timing der Laserimpulse codiert. Die Nachricht lautete: „Experimentelle Beobachtung eines Zeitrondeaukristalls. Zeitliche Unordnung in raumzeitlicher Ordnung.“
Obwohl dies keine unmittelbare praktische Anwendung hat, deutet es darauf hin, dass die zeitliche Ordnung manipuliert werden kann, um Informationen zu transportieren.
Implikationen für die Grundlagenphysik
Die Entdeckung des Zeitrondeaukristalls erweitert unser Verständnis der zeitlichen Ordnung über die strenge Periodizität hinaus. Die langlebige, stabile Koexistenz von weiträumiger zeitlicher Ordnung und Mikrobewegungsstörung auf kurzen Zeitskalen legt nahe, dass Materie ihre Struktur über die Zeit hinweg beibehalten kann, selbst wenn sie chaotischen Kräften ausgesetzt ist.
Diese Forschung eröffnet neue Wege zur Untersuchung der grundlegenden Natur der Zeit und der Fähigkeit der Materie, die zeitliche Struktur aufrechtzuerhalten, was möglicherweise zu Durchbrüchen in der Quantenphysik und den Materialwissenschaften führt.
Die Fähigkeit, die zeitliche Ordnung zu kontrollieren und zu manipulieren, könnte weitreichende Auswirkungen haben, auch wenn praktische Anwendungen noch in weiter Ferne liegen. Der Zeit-Rondeau-Kristall stellt einen bedeutenden Schritt zur Nutzung der Kraft der Zeit selbst dar
