Des chercheurs observent pour la première fois un cristal en temps continu. (Idée d’artiste.)
Les scientifiques ont réussi pour la première fois à réaliser un cristal temporel qui brise spontanément la symétrie de translation continue du temps. 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 la revue La science.
L’idée d’un cristal temporel remonte au lauréat du prix Nobel Franck Wilczek, qui a été le premier à proposer le phénomène. Semblable à l’eau se transformant 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 temporel se forme.
Ces dernières années, les scientifiques ont déjà observé des cristaux de temps discrets ou Floquet dans des systèmes quantiques fermés et ouverts à commande périodique. “Dans toutes les expériences précédentes, cependant, la symétrie de traduction en temps continu est brisée par un entraînement périodique”, explique le Dr Hans Keßler du groupe du professeur Andreas Hemmerich du cluster d’excellence “CUI : Advanced Imaging of Matter”. “Le défi pour nous était de réaliser un système qui brise spontanément la symétrie de traduction continue du temps.”
L’image montre des atomes froids (en jaune) dans un résonateur optique en train de 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. À l’aide d’une pompe indépendante du temps, ils ont observé une phase de cycle limite caractérisée par des oscillations périodiques émergentes du nombre de photons intracavité accompagnées du cycle de densité atomique à travers 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 d’un cristal à temps continu » par Phatthamon Kongkhambut, Jim Skulte, Ludwig Mathey, Jayson G. Cosme, Andreas Hemmerich et Hans Keßler, 9 juin 2022, La science.
DOI : 10.1126/science.abo3382
