Von Atom­uh­ren bis hin zu Quan­ten­com­pu­tern hat das Gebiet der Quan­ten­phy­sik auf viel­fäl­ti­ge Wei­se Bedeu­tung für die Welt um uns her­um, jedoch meis­tens auf eine Wei­se, die wir nicht sehen kön­nen. Auf­grund sei­ner inhä­ren­ten Unsicht­bar­keit sowie sei­ner kom­pli­zier­ten und ver­wir­ren­den Natur ist es für vie­le oft ein schwer zu ver­ste­hen­des Wissenschaftsgebiet.Physiker auf der gan­zen Welt haben lan­ge dar­an gear­bei­tet, die Geheim­nis­se der Quan­ten­phy­sik und ihrer Funk­ti­ons­wei­se zu lüf­ten, und jetzt hat ein For­scher­team in einer Stu­die der Lan­cas­ter Uni­ver­si­ty her­aus­ge­fun­den, dass „Zeit­kris­tal­le“, die einst als unmög­lich gal­ten, es sein könn­ten real und gehor­chen der Quantenphysik. 

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Time crys­tals “impos­si­ble” but obey quan­tum physics

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Kris­tall der Zeit 

In kon­den­sier­ten Mate­rie ein Zeit­kris­tall ein Quan­ten­sys­tem von Teil­chen, des­sen nied­rigs­ter Ener­gie­zu­stand einer ist, in dem sich die Teil­chen in sich wie­der­ho­len­der Bewe­gung befin­den. Das Sys­tem kann kei­ne Ener­gie an die Umge­bung abge­ben und zur Ruhe kom­men, da es sich bereits in sei­nem Quan­ten­grund­zu­stand befin­det . Aus die­sem Grund reprä­sen­tiert die Bewe­gung der Teil­chen nicht wirk­lich kine­ti­sche Ener­gie wie ande­re Bewe­gun­gen; es hat “Bewe­gung ohne Ener­gie”. Zeit­kris­tal­le wur­den erst­mals 2012 von Frank Wilc­zek als zeit­ba­sier­tes Ana­lo­gon zu gewöhn­li­chen Kris­tal­len vor­ge­schla­gen – wäh­rend die Ato­me in Kris­tal­len peri­odisch im Raum ange­ord­net sind, sind die Ato­me in einem Zeit­kris­tall sowohl räum­lich als auch zeit­lich peri­odisch ange­ord­net. Meh­re­re ver­schie­de­ne Grup­pen haben Mate­rie mit sta­bi­ler peri­odi­scher Ent­wick­lung in Sys­te­men nach­ge­wie­sen, die peri­odisch ange­trie­ben wer­den. Im Hin­blick auf die prak­ti­sche Anwen­dung könn­ten Zeit­kris­tal­le eines Tages als Quan­ten­com­pu­ter­spei­cher ver­wen­det wer­den .Die Exis­tenz von Kris­tal­len in der Natur ist eine Mani­fes­ta­ti­on einer spon­ta­nen Sym­me­trie­bre­chung , die auf­tritt, wenn der Zustand nied­rigs­ter Ener­gie eines Sys­tems weni­ger sym­me­trisch ist als die Glei­chun­gen, die das Sys­tem regie­ren. Im Kris­tall­grund­zu­stand wird die kon­ti­nu­ier­li­che Trans­la­ti­ons­sym­me­trie im Raum gebro­chen und durch die nied­ri­ge­re dis­kre­te Sym­me­trie des peri­odi­schen Kris­talls ersetzt. Da die Geset­ze der Phy­sik unter kon­ti­nu­ier­li­chen Ver­schie­bun­gen sowohl in der Zeit als auch im Raum sym­me­trisch sind, stell­te sich 2012 die Fra­ge, ob es mög­lich ist, die Sym­me­trie zeit­lich zu bre­chen und so einen entro­pie­re­sis­ten­ten .Wenn eine dis­kre­te Zeit­trans­la­ti­ons­sym­me­trie gebro­chen ist (was in peri­odisch ange­trie­be­nen Sys­te­men rea­li­siert wer­den kann), dann wird das Sys­tem als ein dis­kre­ter Zeit­kris­tall . Ein dis­kre­ter Zeit­kris­tall erreicht nie­mals ther­mi­sches Gleich­ge­wicht , da es sich um eine Art (oder Pha­se) von Nicht­gleich­ge­wichts­ma­te­rie han­delt. Ein Bruch der Zeit­sym­me­trie kann nur in Nicht­gleich­ge­wichts­sys­te­men auf­tre­ten. Dis­kre­te Zeit­kris­tal­le wur­den tat­säch­lich bereits 2016 in Phy­sik­la­bors beob­ach­tet (ver­öf­fent­licht 2017). Ein Bei­spiel für einen Zeit­kris­tall, der eine nicht im Gleich­ge­wicht befind­li­che, gebro­che­ne Zeit­sym­me­trie zeigt, ist ein sich stän­dig dre­hen­der Ring aus gela­de­nen Ionen in einem Zustand mit ansons­ten nied­rigs­ter Energie.

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