Video: YouTube/Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme
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Ein Zeitkristall ist ein Quantensystem, das im Grundzustand periodische Oszillationen einer oder mehrerer physikalischer Messgrößen aufweist.
Der zeitlich-periodische Grundzustand ist damit analog zum räumlich-periodischen Zustand eines konventionellen Kristalls. Beide Zustände können auch als Konsequenz spontaner Symmetriebrechung verstanden werden. Während im konventionellen Kristall die kontinuierliche Translationssymmetrie des Raums spontan gebrochen ist, resultieren die Oszillationen in einem Zeitkristall aus einem spontanen Bruch der Zeittranslationssymmetrie.
Mittlerweile ist bekannt, dass Zeitkristalle in Systemen mit kontinuierlicher Zeittranslationssymmetrie nicht möglich sind, doch gibt es Hinweise auf ein analoges Phänomen – den „diskreten Zeitkristall“ – in periodisch angeregten Systemen mit diskreter Zeittranslationssymmetrie.1
Den bislang größten Zeitkristall vermeldete im Frühjahr 2021 ein Team um Gisela Schütz vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart. In ihrem Versuch hatten die Forscher einen mehrere Mikrometer langen Streifen einer magnetischen Eisen-Nickel-Legierung mit Mikrowellen angeregt. Als die Forscher ihre Probe mit einem Röntgenstrahl abtasteten, beobachteten sie ein magnetisches Streifenmuster, das periodisch oszillierte: Diesen Zeitkristall konnten die Forscher sogar auf einem Video festhalten.2