Исследователи раскрыли загадочную физику квазикристаллов, открывая новый взгляд на альтернативные измерения.

Физики установили, что четырехмерные структуры могут оказывать влияние на механические и топологические характеристики квазипериодических кристаллов. Это открытие подтверждает, что квазикристаллы формируются скрытой физикой более высоких измерений, а не просто случайными закономерностями. Результаты исследования опубликованы в журнале Science, сообщает Interesting Engineering.

Квазипериодический кристалл или квазикристалл — это твердый материал с упорядоченной структурой, которая никогда не повторяется точно, как в обычных кристаллах, а следует определенным математическим правилам.

Квазикристаллы были впервые обнаружены в 1982 году физиком Даном Шехтманом. Он предположил, что квазикристаллы обладают повторяющейся, то есть периодической структурой, но не в трехмерном пространстве, в котором мы его наблюдаем. На самом деле, настоящая периодическая картина квазикристаллов существует в пространстве более высоких измерений, например, в 4D или даже выше. Теперь физики представили новое понимание этого четырехмерного аспекта квазикристаллов.

Ученые подвергли квазикристалл воздействию электромагнитных волн, а затем проанализировали изменения в его топологии с помощью сканирующей оптической микроскопии ближнего поля и двухфотонной фотоэмиссионной электронной микроскопии.

Когда физики применили эти методы для изучения интерференционных закономерностей электромагнитных волн на поверхности квазикристалла, способ, которым эти волны перемещались и интерферировали друг с другом, выявил скрытые отпечатки четвертого измерения в структуре квазикристалла.

Сначала закономерности выглядели по-разному, но, что удивительно, их топологические свойства в 2D были настолько идентичны, что их невозможно было различить. Единственный способ различить их — это рассмотреть квазикристалл в четырех измерениях.

Физики обнаружили топологические закономерности в четырех измерениях, которые управляют топологией реального пространства двухмерных квазикристаллов и раскрывают их внутренние законы сохранения.

Одна из моделей структуры квазикристаллов, объясняющая их свойства, предполагает, что квазикристаллы можно рассматривать как проекции более многомерных периодических структур в трехмерное пространство. Таким образом, концепции четырехмерных кристаллов могут объяснить некоторые из их характеристик.

Авторы исследования обнаружили нечто, что перекликалось с существующей моделью. Физики заметили, что две поверхностные волны выглядят различными, но становятся идентичными в течение периода времени в аттосекунды, то есть миллиардные миллиардной доли секунды.

Это открытие указывает на то, что на закономерности поверхностных волн в трехмерных квазикристаллах влияют скрытые четырехмерные периодические структуры.