Obacht! Wenn Physiker ihre Entdeckungen mit fantasievollen Namen umschreiben, kann allein der Versuch, die Theorie dahinter zu verstehen, bei Laien Migräne auslösen. Schwarzes Loch, geisterhafte Fernwirkung, Gottesteilchen – alles blumige Begriffe für schwindelerregend komplexe Phänomene. Jetzt wird die Liste um einen Eintrag reicher: Time Crystal, Zeitkristall. Klingt nach Raumschiff Enterprise, Zeitreisen oder für den, der’s alternativ mag, nach heilendem Amulett.

Gleich zwei Wissenschaftlerteams – von der University of California in Berkeley und von der Harvard University – haben im Labor exotische Substanzen erschaffen, die ohne Energiezufuhr im Prinzip endlos vor sich hin pulsieren und damit den Gesetzen der Physik zu widersprechen scheinen. In Berkeley waren es zehn aneinandergekettete Ytterbium-Ionen, in Harvard war es ein mit Stickstoff verunreinigter (ein sogenannter "dreckiger") Diamant. Damit wirkt es gleich zweimal, als sei der Beweis für eine Hypothese erbracht, die man 2015 schon einwandfrei widerlegt wähnte.

Die Idee zu der fantastischen neuen Materieform ist erst fünf Jahre alt. 2012 hatte der Nobelpreisträger Frank Wilczek einen subversiven Vorstoß in die geregelten Verhältnisse seines Fachs gewagt. Physiker lieben Symmetrie. Wo es eine Kraft gibt, muss es eine Gegenkraft geben, für jedes Teilchen suchen sie ein Gegenteilchen, und Naturgesetze müssen für alle Punkte in Raum und Zeit gelten. Doch die Natur ist widerspenstig: In Kristallen besetzen Atome nur bestimmte Plätze im Raum, obwohl sie nach den Gesetzen der Physik eigentlich die freie Wahl hätten. Die Symmetrie ist "gebrochen", so nennen es die Physiker. Zur Symmetrie gehört, dass Kristalle sich im energetischen Gleichgewicht befinden und ohne äußere Einflüsse nicht spontan zerfallen.

Frank Wilczek fragte sich nun, ob sich vielleicht anstelle eines räumlich stabilen ein zeitlich stabiler Kristall erzeugen ließe. Einer, der aktiv ist, obwohl er am energetisch niedrigsten Punkt weilt – wie eine Uhr, die nie mehr aufgezogen werden muss (spätestens an dieser Stelle setzen beim Laien Kopfschmerzen ein). Das Problem ist, dass sich der energetische Tiefpunkt und die gleichzeitige Aktivität gegenseitig ausschließen: Mit jeder Bewegung verliert ein System Energie, dafür muss es aber noch etwas davon übrig gehabt haben, es kann also nicht am Tiefpunkt gewesen sein ...

Vor zwei Jahren rettete Shivaji Sondhi, ein theoretischer Physiker an der Princeton University, mit ermutigenden Befunden Wilczeks Idee. Er berechnete, wie sich Partikel verhalten, die in einem fort angestupst werden. In der Theorie würde an einem bestimmten Punkt die Energie im System nicht mehr zunehmen, die Partikel würden sich zusammenballen und sich regelmäßig räumlich neu formieren. Auf Deutsch: Der Klumpen schüttelt sich ungefähr so wie ein Wackelpudding, der unentwegt Hiebe einstecken muss. Flubber hieß in einem Kinofilm so eine Substanz schon 1997.

Christopher Monroe, der eigentlich an Quantencomputern arbeitet, hat die Idee nun in die Praxis umgesetzt, indem er zehn Ytterbium-Ionen auf die Laborbühne brachte und miteinander in einer Reihe verband. Dann feuerte er diese Ionenkette mit zwei Lasern zum "Tanz" an. Durch den Impuls des ersten Lasers änderte sich die Drehrichtung (Spin) der Ionen wie erwartet, der Anstupser des zweiten Lasers übertrug den Impuls nach dem Zufallsprinzip weiter auf die Nachbarn. Die Reihe begann im Takt der Impulse zu schwingen. Doch dann waren die Forscher überrascht: Wenn der zeitliche Abstand der Laserimpulse noch ein klein wenig zunahm, blieb die Schwingungsrate dennoch konstant – sie war wie eingerastet.

Die angeregten Ionen "widersetzten" sich einer Frequenzänderung, also einer zeitlichen Variation der Impulse. Die Ionen verhielten sich in Bezug auf die Zeit so wie die Atome in einem Kristall, die sich räumlich festgelegt hatten. Dasselbe beobachtete Mikhail Lukin von der Harvard University, als er seinen dreckigen Diamanten mit Mikrowellen traktierte. Die Ergebnisse beider Forscher erschienen vergangene Woche im Fachblatt Nature.

Ist nun also der Zeitkristall des Frank Wilczek, der inzwischen in Stockholm arbeitet, entgegen allen Vorhersagen gefunden? Die Forschergemeinde streitet noch darüber. Denn eigentlich sollte Wilczeks fantastische Substanz von sich aus pulsieren. Vom energieintensiven Beschuss mit Laserstrahlen oder Mikrowellen war nicht die Rede. Sonderformen von Wilczeks Zeitkristallen könnten die Experimente aber schon darstellen.

Was den Fachleuten zurzeit aufregende Träume beschert, ist für Nicht-Physiker doch eher ernüchternd. Vielleicht würde es helfen, wenn man wüsste, wofür solch bizarre Materie gut sein könnte. Wäre sie geeignet als Perpetuum mobile? Schließlich pulsiert die Substanz dauerhaft, so müsste sich doch endlos Energie abzapfen lassen. Genau das, sagen die Forscher, sei nicht möglich. Ihnen schweben profanere Anwendungen vor. Mit Zeitkristallen ließen sich zum Beispiel extrem schwache Magnetfelder und niedrigste Temperaturen messen. Interessant wäre das Material auch für die Quantenforschung, die normalerweise am absoluten Temperaturnullpunkt stattfindet – und deshalb aufwendige Kühlung verlangt. Zeitkristalle sind ein stabiles Quantensystem, das sich wie in dem Diamant-Experiment auch bei Raumtemperatur beobachten lässt (und da ist er wieder, der Druck im Kopf).

Darum die vereinfachte Botschaft zum Schluss: Zeitkristalle sind nicht magisch, aber man kann sich durch sie vielleicht einen Hightech-Kühlschrank sparen.