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サイエンス

筑波大学らが「時間結晶」の室温観測に成功 44

ストーリー by hylom
理解に要するハードルが高い 部門より

筑波大学が、「時間結晶」の室温観測に成功したと発表している。

液体や気体は、空間に対して均一な性質を持っており、たとえば物理的な位置や向きが変わってもその性質は変わらない。この性質を並進対称性と呼ぶ。いっぽう固体(結晶)については、原子が規則的に並ぶことによってこの並進対称性が破られ、位置や向きに応じた異なる性質を持てるようになる。この性質は結晶の単位毎に周期的に繰り返されることから「離散的並進対称性」と呼ばれている。

物理的な位置や向きだけでなく、時間的にもこの並進対称性は存在すると考えられている。そして、同様に時間軸においても離散的並進対称性(時間的な繰り返しの周期性)を持つ可能性があることが2012年に発表された。このような状態を、液体や気体が固体になる変化になぞらえて「時間結晶」と呼ぶ。2015年には平衡状態では時間結晶が存在しないことが証明されていたものの、非平衡状態では存在の可能性が残されていたという。

今回の実験では、ダイヤモンド窒素-空孔中心(NVセンター)と呼ばれる、炭素原子の代わりに窒素原子が結晶中心部に存在する構造を持つダイヤモンド結晶を使い、このダイヤモンド結晶から取り出した量子電子スピンを用いて時間結晶の生成とその観測を行ったという。その結果、一定の周期で初期状態に戻る振動が長く続くことを観測、時間結晶の存在を確認できたという。

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  • by phason (22006) <lepton@dream.com> on 2017年03月17日 16時22分 (#3178287) 日記

    この辺の文章が,背景に関して比較的わかりやすいんじゃないかと.

    「物性研だより」の抜粋.
    http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/docs/tayori56-3_Part4.pdf [u-tokyo.ac.jp]
    ※渡辺&押川先生による以前の解説.両先生は,基底状態・平衡系では一般的に時間結晶が作れない事を示した.

  • by Anonymous Coward on 2017年03月17日 20時05分 (#3178423)

    時間スケールの変更に対して自己相似性がある、時間フラクタル現象もあるんですかね?

  • 周期Tの外場で駆動して、2T、3T、…の繰り返しを示す〜ってあたりがよく分からず。
    周期Tで駆動して、結晶がTの周期を繰り返すのは時間結晶ではない、でいいのかな?
    あとは外場で駆動してるのにどうして自発的対称性の破れとなるのかが分からず。
    時間を一つの軸として扱ってみればいいのかしら?アタマの中の時間の概念を組み替える必要がありそうな感じ。
    「Time Crystal」でちょこちょこ検索してみたけど、こりゃ専門でやってないと分からないっぽい。

    この手の実験って熱の影響を避けるために極低温で行うものなのかと思ってたけど、今回の発表でストーリータイトルに
    もある「室温観測」ってのは実はすごいのでは。

    • by Anonymous Coward

      併進対象性の破れのことを「結晶」って呼んでるわけだから、「周期的に繰り返す」ことが時間結晶の必要条件で間違いない。ただ、ピンを等間隔に並べるのを結晶とは言わないように、並んじゃうのが結晶だから、バネを単振動させるようなのを結晶とは呼べない。

      この実験は3次元空間の結晶であるダイヤモンド(3次元空間結晶)の電子にエネルギーを与えると、状態遷移の周期が「取り得るエネルギー準位の数」に定比例することを示した。

  • by Anonymous Coward on 2017年03月17日 16時28分 (#3178291)

    現代のテクノロジーで単一の素粒子を観測する方法があるのですか?
    素粒子の多重性は無視できるんでしょうか?
    どこにあるかもわからない素粒子を観測するって、検討もつきません

    • BGM プレリュード (スコア:5, おもしろおかしい)

      by TarZ (28055) on 2017年03月17日 16時49分 (#3178307) 日記

      /\
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      ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
      ┃ツクハ゛・タ゛イ 「フフフ、これか゛ ときのクリスタルか…なるほと゛ スヒ゜ンしている」 ┃
      ┃すくえに 「やめろ かんさつするな! りょうしし゛ょうたいか゛こわれる!」        ┃
      ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

      ↑こんな感じなんでしょうか?
       ニァ はい  いいえ

      親コメント
      • そんな宇宙の法則が乱れるようなことをいきなり始めてしまうとはっ!!

        # どうしても選択のやじるしを"にあ"とそのまま読んでしまう病

        親コメント
        • by Anonymous Coward

          矢印だったのか。。
          なんでネコの鳴き声?と思ってたorz

          • by Anonymous Coward

            矢印じゃなくて、指カーソルですね。

      • by Anonymous Coward

        ニァいいえ
        FFもDQも初代からメッセージの濁点は1文字分の幅を取っていなかった(DQは名前のみ濁点が1文字だったけど)。やり直し

        # そこかよ

    • by Anonymous Coward
      検討もつかないなら、見当をつけるしかないだろう
  • by Anonymous Coward on 2017年03月17日 17時25分 (#3178332)

    時間結晶や準結晶は我々よりも高次な次元が本当に存在するかもしれない初めての物理的な証拠
    これを突き詰めていけばタイムマシンは無理でも四次元ポケットやタイム風呂敷、高次元バリアなどとんでもないものが作れるかもしれない
    個人的に興味がある

  • by Anonymous Coward on 2017年03月17日 18時57分 (#3178383)

    わけてあげるよ。
    とっても、おいしいんだから。

  • by Anonymous Coward on 2017年03月17日 22時13分 (#3178484)

    >ダイヤモンド窒素-空孔中心(NVセンター)と呼ばれる、炭素原子の代わりに窒素原子が結晶中心部に存在する構造

    あちゃー、”中心”の字面を幾何学的な意味での中心と誤解されていますね。
    平易に説明するなら、「物質中で、特異作用を示す原子」と言えば伝わるでしょうか。
    NVセンターの場合は「ダイヤモンド中で、電子を1コ余分に捕縛してしまう窒素」ですね。

    #説明下手なので余計誤解を生んでしまっているかも。
    ##学生時代、論文中の”colour centre”を理解するのに苦労したのは私だけではないですよね?ね?(必死)

    • by acountname (43053) on 2017年03月18日 13時43分 (#3178671) 日記

      > ”colour centre”
      エゲレス語ですね。 一般的に英国紳士には人を混乱に陥れるのを楽しむという特性がありますからねえ、理解するのに苦労なさったのはよく分かります。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      「核心」と訳せばよかった?(ヤバい?)

    • by Anonymous Coward

      > 平易に説明するなら、「物質中で、特異作用を示す原子」と言えば伝わるでしょうか。
       
      なるほどまったくわかりません。

  • by Anonymous Coward on 2017年03月18日 12時09分 (#3178643)

    普通の結晶: 勝手に空間周期構造ができる
    時間結晶: 勝手に時間周期的に変化する

    ってことでしょうか。結晶が自励発振するような感じ?
    それだと、熱平衡では無理な気はする。

    自励発振してる回路を空間的に周期的に並べて適当に
    相互結合させて同期させたものは時間結晶とみなせる?

    • by Anonymous Coward

      現状では、一般の結晶構造が三次元なのに対して、四次元でも結晶構造が観測できる結晶、というのが正しいと思う。
      つまり三次元的にも結晶であるのは変わらない。

  • by Anonymous Coward on 2017年03月18日 18時01分 (#3178771)
    コンウェイの方。そんなのあったよね。
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皆さんもソースを読むときに、行と行の間を読むような気持ちで見てほしい -- あるハッカー

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