時間晶體,永遠的運動系統?

今年,中國人在尋找一種叫做“天使”的神秘粒子中立下大功。1937年,意大利的馬約拉納預言,自然界中存在一類粒子,其反粒子就是它們自身,預言中的粒子被稱為馬約拉納費米子(馬約拉納其人后來失蹤了,跟他預言的粒子一樣找不到)。

中國和美國科學家今年找到了馬約拉納費米子。2009年,一個團隊在探索低功率電子芯片時,研究了大量拓撲絕緣體薄膜,逐漸發現了一種叫做“量子霍爾反常”的效應。2013年有新理論認為馬約拉納費米子可以出現在量子霍爾反常薄膜和超導薄膜之間。今年終于實驗成功。

也有人撇嘴說,新發現的“粒子”不算是真正的粒子。不論如何,發現“天使粒子”讓微軟公司很高興。因為他們前幾年獨辟蹊徑,試圖用馬約拉納費米子成為量子計算機的單元,找到天使粒子讓他們堅信前途光明。

物理學家今年另一項奇怪的發明,是一種有負質量的超流體,推它,它不前進,而是向后走。物質有質量,也有負質量。人們熟知,當一個小球撞另一個小球,兩小球應該遠離彼此。但如果其中一個小球有負質量,相撞后就會朝相同方向加速。

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科學家用冷卻銣原子創造了負質量流體。他們將銣原子溫度降到接近絕對零度,形成玻色—愛因斯坦凝聚態,它就像光波一樣遵循量子力學原理緩慢移動,凝聚態粒子最后變成步調一致的超流體。

科學家使用激光讓銣原子蒸發逃逸,它們運動越來越慢,就像被放入冰箱。銣原子慢慢局限在一個直徑不到100微米的碗狀區域。另一組激光抽打它們,使其改變自旋方向。再撤掉束縛,沖出小碗的銣原子就表現出負質量。負質量的模擬研究早就有了,但新技術首次實現精確調控負質量物質。這一成果為探秘中子星、黑洞與暗物質等宇宙現象,或可提供全新實驗工具。

同樣聞所未聞的發明是時間晶體。它打破了時間對稱性。2012年提出的這個概念,不違背物理學理論,但卻引起了巨大爭論。現在居然制造出來了。

一般來說,處于勢能最低狀態,意味著一件東西是靜止的,然而新制造出的時間晶體處于勢能最低狀態,卻仍然是“運動”的,類似于一個不用上發條的永遠旋轉的鐘表(是不是想起了永動機?)。這種運動不意味著它能做功,而是你在不同時間觀測它,它呈現出不同的樣子。

今年,兩支美國團隊分頭模擬出了時間晶體,一條路徑是使用激光干涉金屬鐿離子鏈,另一條是用摻雜的鉆石。我們熟悉的世界,是平衡態物質的,而時間晶體是一種非平衡態的物質。超導體永恒導電,時間晶體永恒運動,物理世界比我們想的更奇怪。

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