Физики нарушили закон Ньютона с помощью обычных шариков и звука

Учёные из Нью-Йоркского университета впервые получили временной кристалл, который можно увидеть невооружённым глазом и удержать в руке. Устройство высотой около 30 сантиметров удерживает крошечные шарики из пенопласта в воздухе с помощью звуковых волн, заставляя их двигаться в особом ритме, не подчиняющемся классическим законам механики.

Временные кристаллы — это необычное состояние материи, в котором частицы не замирают в пространстве, а периодически возвращаются в исходное положение, словно тикают. Ранее такие структуры удавалось наблюдать лишь в сложных лабораторных условиях при сверхнизких температурах. Новая работа показывает, что аналогичный эффект можно воспроизвести в простой системе с акустической левитацией.

Профессор физики Дэвид Грир, руководивший исследованием, отметил, что временные кристаллы интересны не только своими перспективами для технологий, но и кажущейся экзотичностью. По его словам, особенность новой системы как раз в её предельной простоте.

В эксперименте использовались два шарика разного размера, подвешенные в стоячей звуковой волне. Звук действовал как невидимая подушка, удерживая объекты против силы тяжести. Когда частицы начинали взаимодействовать, они обменивались рассеянными звуковыми волнами. Более крупный шарик рассеивал больше звука и сильнее влиял на мелкий, чем тот мог ответить взаимностью. Такая несимметричная связь нарушает принцип равенства действия и противодействия, сформулированный Ньютоном.

Миа Моррелл, аспирантка и один из авторов работы, сравнила процесс с двумя паромами разного размера, которые приближаются к причалу. Каждый создаёт волны, толкающие другой, но эффект зависит от габаритов судна. В акустической системе именно эта разница позволяет частицам самопроизвольно переходить в режим периодических колебаний — то есть становиться временным кристаллом.

Полученная система работает при комнатной температуре и не требует сложного оборудования. Это открывает путь к практическому использованию временных кристаллов в датчиках, системах точного измерения массы и даже в моделях биологических процессов. Например, несимметричные взаимодействия, подобные тем, что наблюдали физики, характерны для биохимических сетей, регулирующих циркадные ритмы или переваривание пищи.

Источник: interestingengineering