Des chercheurs observent pour la première fois un cristal à temps continu. (Concept d’artiste.)
Des scientifiques ont réussi pour la première fois à réaliser un cristal de temps qui brise spontanément la symétrie de translation du temps continu. Les chercheurs, de l’Institut de physique des lasers de l’Université de Hambourg, ont rapporté leur observation dans une étude publiée le 9 juin 2022 dans le journal Science.
L’idée d’un cristal de temps remonte au lauréat du prix Nobel Franck Wilczek, qui a été le premier à proposer ce phénomène. Tout comme l’eau se transforme spontanément en glace autour du point de congélation, brisant ainsi la symétrie de translation du système, la symétrie de translation temporelle dans un système dynamique à plusieurs corps se brise spontanément lorsqu’un cristal de temps se forme.
Ces dernières années, les scientifiques ont déjà observé des cristaux de temps discrets ou de Floquet dans des systèmes quantiques fermés et ouverts à commande périodique. “Dans toutes les expériences précédentes, cependant, la symétrie de translation en temps continu est brisée par un entraînement périodique”, explique le Dr Hans Keßler du groupe du Prof. Andreas Hemmerich au Pôle d’excellence “CUI : Advanced Imaging of Matter”. “Le défi pour nous était de réaliser un système qui brise spontanément la symétrie de translation à temps continu.”
L’image montre des atomes froids (en jaune) dans un résonateur optique en route pour former un cristal temporel. Crédit : AG Hemmerich
Utilisation d’un condensat de Bose-Einstein à l’intérieur d’une cavité optique à haute finesse.
Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé un condensat de Bose-Einstein à l’intérieur d’une cavité optique à haute finesse. En utilisant une pompe indépendante du temps, ils ont observé une phase de cycle limite qui est caractérisée par des oscillations périodiques émergentes du nombre de photons intracavité accompagnées de la densité atomique passant par des motifs récurrents.
Ils ont découvert que la phase temporelle des oscillations prend des valeurs aléatoires entre 0 et 2π, comme prévu pour une symétrie continue spontanément brisée. En identifiant la zone de stabilité dans l’espace des paramètres pertinents et en montrant la persistance des oscillations du cycle limite même en présence de fortes perturbations temporelles, les expérimentateurs ont démontré la robustesse de la phase dynamique.
Référence : “Observation of a continuous time crystal” par Phatthamon Kongkhambut, Jim Skulte, Ludwig Mathey, Jayson G. Cosme, Andreas Hemmerich et Hans Keßler, 9 juin 2022, Science.
DOI : 10.1126/science.abo3382
