Das Merkmal von Kristallen ist ihre dreidimensionale, sich periodisch wiederholende Struktur. Die Struktur ist zumindest für unsere drei Raumdimensionen gültig. Lange zweifelten die Forscher, ob solche Strukturen auch in einer vierten Dimension – der Zeit – möglich sind.
Trotz der Zweifel widmeten sich US-Physiker, wie Shivaji Sondhi von der Princeton University, diesem Thema und entwickelten zunächst die theoretischen Grundlagen, wie ein solcher Kristall aussehen könnte. Sondhi erklärt, dass sich die Atome eines Zeitkristalls nicht in kontinuierlicher Weise bewegen, sondern periodisch. Das ist nur möglich, wenn sich die Struktur nicht im Gleichgewicht befindet.
Um diese Theorien in die Praxis umzusetzen, haben die Universitäten von Princeton und Harvard unter der Leitung der University of Maryland zwei verschiedene Wege gefunden, solche Zeitkristalle zu erzeugen.
Die eine Methode wurde vom Team um Christopher Monroe von der University of Maryland entwickelt. Dabei bildeten sie ein Kristall aus zehn Ytterbium-Ionen. Dieser wurde in einem elektrischen Feld am Schweben gehalten. Mit regelmäßigen Laserpulsen wurden die Spins der Teilchen umgeklappt. Damit wurde verhindert, dass die Struktur ins Gleichgewicht kommt.
Das Besondere ist, dass die Ionen nicht dem Takt des Lasers folgten, sondern nur bei jedem zweiten Puls umklappten. Zudem reagierte der Kristall robust auf Störungen des Laserpulses. Den Forschern zufolge spricht das für eine eigenständige, zeitdiskrete Struktur des Kristalls.
Die andere Methode bestand aus einem künstlichen Diamanten und wurde vom Forscherteam um Sonwoon Choi von Harvard University entwickelt. In diesem Diamanten gab es eine Million Lücken, die durch Stickstoffatome aufgefüllt wurden. Die Methode bestand daraus, wieder die Spins umzuklappen. Diesmal jedoch mit Mikrowellen.
Auch hier entstand ein eigenständiger Takt des Kristalls, der die zeitliche Symmetrie des Pulses brach. Dadurch bildete sich auch hier eine zeitdiskrete Ordnung des Kristalls.
Chetan Nayak der University of California betont, dass es sich noch zeigen muss, ob diese Oszillationen auch über einen längeren Zeitraum stabil bleiben und nicht durch Fluktuationen verwaschen werden. Diese Kristalle sind zwar kein Zeichen für die Möglichkeit von Zeitreisen, können jedoch in Zukunft dazu dienen, Daten in Quantencomputern besser gegen Störungen zu sichern.
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