清華大學研究人員近日發明了物理學世界的"魔法"，成功地將原子"吹大"，創造出一種被稱爲"時間晶體"的不可能性的奇妙物質狀態。

這項研究不僅突破了我們對物質的傳統認知，還爲未來的量子技術鋪平了道路，論文已發表在7月2日《自然-物理學》雜誌上。

時間晶體

所謂時間晶體，是美國物理學家弗蘭克·維爾切克 (Frank Wilczek)2012年首次提出的概念。就像普通晶體在空間中有規律的結構一樣，時間晶體在時間維度上展現出週期性的運動模式。簡單來說，時間晶體是一種能夠在不消耗能量的情況下，保持週期性運動的系統。這個概念曾被認爲"不可能"實現，但科學家們正在一步步將其變爲現實。

裏德伯態

這項突破性研究的關鍵在於一種特殊的原子狀態：裏德伯態。當原子被激發到裏德伯態時，它的一個外層電子會被推到遠離原子核的遙遠軌道，就像把原子吹成了一個巨大的氣球，其大小可以是正常狀態下的數百倍！

裏德伯原子具有非常獨特的性質，由於尺寸巨大，它們之間的相互作用變得異常強烈，對外界環境也極其敏感，這讓它們成爲精密傳感器的理想選擇。另外相比其他激發態，裏德伯原子還有更長的壽命，可以維持更長的時間。

魔法實驗

清華大學研究人員在維也納技術大學理論物理研究所託馬斯·波爾教授支持下，設計了一項看似簡單但卻非常巧妙的實驗，他們將銣原子氣體封裝在一個玻璃容器中，然後用激光將這些原子激發到裏德伯態。

奇妙的事情發生了！儘管激光的強度保持恆定，但科學家們在容器的另一端觀察到了光強的週期性振盪。這意味着原子們自發地在不同的能級之間來回跳躍，形成了一種自組織的節奏——這正是時間晶體的典型特徵！

重要意義

這可能是一項基礎科學的驚人突破，將爲我們理解物質的基本性質開闢新的視角，同時也具有實際應用的潛力，比如用時間晶體來改進量子計算機的設計，製造精密計量工具和超高靈敏度的傳感器，用於量子信息中繼站構建量子互聯網，模擬和研究複雜的量子現象等等，甚至對宇宙更深刻的認識——裏德伯原子在星際介質中普遍存在。

論文：Dissipative time crystal in a strongly interacting Rydberg gas