Schematické znázornění experimentu. Obdélníky napravo znázorňují mikrovlnné pulzy. Špičaté koule označují rotace jader uhlíku-13. | Fotografický kredit: Moon, LJI, Schindler, PM, Sun, Y. et al. Nat. Phys. (2025).
Vědci objevili novou fázi hmoty zvanou časový rondeau krystal, která vykazuje neobvyklý druh řádu v čase, spíše než v prostoru jako pevné látky a kapaliny. Fáze souvisí, ale odlišuje se od a krystal času.
V normální hmotě může být uspořádání atomů buď uspořádané, nebo neuspořádané. Například (pevný) krystal má opakující se strukturu, zatímco kapalina nikoli. Řád v krystalu pochází z porušení dokonalé symetrie prostoru: místo toho, aby vypadal všude stejně, opakuje se v pravidelném vzoru.
Časový krystal, předpovězený v roce 2012 a pozorovaný v pozdějších experimentech, ukazuje podobnou myšlenku spíše v čase než v prostoru. Když je systému periodicky předávána nějaká energie – jako je swing v pravidelných intervalech – může oscilovat v jiném rytmu, například každé dva pulzy místo jednoho. Nyní lze říci, že se systém chová opakujícím se způsobem v čase a vytváří krystalový vzor spíše v čase než v prostoru.
Časový rondeau crystal (TRC), o kterém mezinárodní výzkumný tým informoval 14. října v Přírodní fyzikaposouvá tento koncept dále. V časovém krystalu je pohyb naprosto pravidelný, jako hodiny tikají v pevném rytmu. V TRC má systém směs řádu a náhodnosti: udržuje opakující se vzor po dlouhou dobu, ale mezi těmito opakujícími se okamžiky je pohyb neuspořádaný nebo nepravidelný.
Vědci vytvořili TRC pomocí spinů jader atomů uhlíku-13 v diamantu. Řídili spiny, což je implicitní vlastnost těchto částic, pomocí mikrovlnných pulzů. Nevysílaly pulsy v přísně periodických intervalech – byla tam určitá náhodnost – ale náhodnost sama o sobě měla strukturu. Způsobily, že spiny jader byly částečně nepředvídatelné v krátkodobém horizontu, ale předvídatelné, když byly pozorovány v delších intervalech.
Bylo zjištěno, že časový řád krystalu rondeau je metastabilní, tj. trval několik sekund, což bylo mnohem déle než časové měřítka, ve kterých proběhly mikroskopické procesy v diamantu, ale které zmizely, jak se systém zahříval.
TRC je tedy stav hmoty, ve kterém dlouhodobá pravidelnost a krátkodobá náhodnost koexistují v čase, jako melodie s nepředvídatelnými variacemi, která se také neustále vrací ke známému refrénu. Ukazuje, že čas sám o sobě může hostit vzory bohatší než prosté opakování a že i v nepořádku může být řád skrytý.
Tento objev je důležitý, protože rozšiřuje chápání fyziků toho, co ve fyzice znamená „pořádek“. Vědci věřili, že časový řád může existovat pouze v přísně periodických systémech, jako jsou časové krystaly. TRC však ukazuje, že jsou také možné nové, složitější formy organizace času, i když načasování externího disku není pravidelné. Podle autorů studie to otevírá dveře k prozkoumávání mnoha nových druhů „časových řádů“, které leží mezi dokonalým řádem a úplnou náhodností.
Fyzici očekávají, že takové systémy budou mít také praktické využití. Například TRC lze použít ke kódování informací ve svých rytmech nebo k vytvoření nových druhů kvantových senzorů, které reagují na konkrétní frekvence.
mukunth.v@thehindu.co.in
Publikováno – 15. října 2025 14:15 IST
