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Quantensysteme: Zeitkristalle

In herkömmlichen Kristallen wiederholen sich räumliche Strukturen regelmäßig. Nun haben Physiker bei exotischen Materiezuständen eine ganz andere Art von Symmetrie entdeckt: in der Zeit!
Uhr mit rückwärtslaufender Ziffernblattspirale

Kristalle sind die ordentlichsten Orte der Welt. Die Atome und Moleküle in ihrem Inneren sortieren sich von selbst zu überaus regelmäßigen, sich wiederholenden Strukturen. Auf die Weise wachsen oft auch größere feste Gebilde heran, die obendrein hübsch anzuschauen sind.

Seit jeher haben Menschen sich von Kristallen faszinieren lassen und sie als Juwelen geschätzt. Als Forscher sie im 19. Jahrhundert hinsichtlich ihrer Formen und ihrer Wirkungen auf Licht klassifizierten, brachte das die Mathematik und die Physik entscheidend voran. Im 20. Jahrhundert entwickelten sich dann zahlreiche technische Revolutionen, etwa die moderne Halbleiterelektronik, auf der Basis der quantenmechanischen Eigenschaften der Elektronen in Kristallen.

Im Lauf des letzten Jahrzehnts sind Physiker beim Verständnis der regelmäßigen Körper nun erneut einen wichtigen Schritt weitergekommen und dabei in eine ganz neue Dimension vorgestoßen. Der Weg dorthin begann bei einem grundlegenden Aspekt von Albert Einsteins Relativitätstheorie: Raum und Zeit sind eng miteinander verwoben. Daher liegt es nahe, zu fragen, ob es nicht nur im Raum Kristalle gibt, sondern auch Objekte vergleichbare Eigenschaften in der Zeit aufweisen können …

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  • Quellen

Choi, S.: Observation of discrete time-crystalline order in a disordered dipolar many-body system. Nature 543, 2017

Shapere, A., Wilczek, F.: Classical time crystals. Physical Review Letters 109, 2012

Wilczek, F.: Quantum time crystals. Physical Review Letters 109, 2012

Yao, N. Y., Nayak, C.: Time crystals in periodically driven systems. Reports on Progress in Physics 81, 2018

Zhang, J. et al.: Observation of a discrete time crystal. Nature 543, 2017

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