Confirmado: “Cristales del tiempo” es un nuevo estado de la materia

Física, Mundo Cuántico y Futuro

Por Sophimania Redacción
9 de Marzo de 2017 a las 10:52
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Confirmado: “Cristales del tiempo” es un nuevo estado de la materia
Foto: Chris Monroe, University of Maryland

En enero, físicos de la Universidad de California, Berkeley, elaboraron un modelo para medir y hacer cristales de tiempo: un extraño estado de materia con una estructura atómica que se repite no solo en el espacio, sino con el tiempo, lo que les permite tener una oscilación constante sin energía.

Dos equipos de investigación independientes lograron crear lo que parecía un cráter de tiempo en enero, y ahora ambos experimentos han pasado con éxito la revisión por pares y se ha publicado en Nature (aquí y aquí).

Durante décadas, hemos estudiado la materia en función de metales y aislantes, que están en equilibrio, un estado en el que todos los átomos de un material tienen la misma cantidad de calor. Ahora parece que los cristales de tiempo son el primer ejemplo del estado de "no equilibrio" hipotético pero no estudiado de la materia, y podrían revolucionar la forma en que almacenamos y transferimos información a través de sistemas cuánticos.

Los cristales de tiempo son estructuras hipotéticas que parecen tener movimiento incluso en su estado de energía más bajo, conocido como un estado fundamental, propuesto por el físico teórico Frank Wilczek, ganador del Premio Nobel. Normalmente, cuando un material entra en su estado fundamental, también llamado energía de punto cero de un sistema, el movimiento debería ser teóricamente imposible, porque requeriría que gastase energía.

Pero Wilczek imaginaba un objeto que podía alcanzar un movimiento eterno mientras estaba en su estado fundamental conmutando periódicamente la alineación de los átomos dentro del cristal una y otra vez. Insinuó un sistema que rompe uno de los supuestos más fundamentales de nuestra comprensión actual de la simetría física-tiempo-traducción, que afirma que las leyes de la física son las mismas en todas partes y en todo momento.

Como Daniel Oberhaus explica para Motherboard, la simetría de la traducción del tiempo es la razón por la que sería imposible tirar una moneda en un momento y tener las probabilidades de sellos o caras en 50/50, y volverla a tirar y que cambien a 70/30. Pero ciertos objetos pueden romper esta simetría en su estado fundamental sin violar las leyes de la física, como un imán con un norte y un extremo sur.

Los cristales son conocidos por sus patrones estructurales repetitivos, pero los átomos dentro de ellos tienen posiciones "preferidas" dentro de la red. Así que dependiendo de donde se observe un cristal en el espacio, se verá diferente. Con esto en mente, Wilczek propuso que podría ser posible crear un objeto que logre un estado fundamental asimétrico no a través del espacio, como cristales ordinarios o imanes, sino a través del tiempo.

Los investigadores estadounidenses y japoneses demostraron que esto podría ser posible, con una gran modificación a la propuesta de Wilczek: para que los cristales de tiempo volvieran a invertir sus estados una y otra vez, tenían que darles un "empujón" de vez en cuando. Dos equipos independientes de investigadores, uno dirigido por la Universidad de Maryland y el otro por la Universidad de Harvard, tomaron este modelo, creando dos versiones diferentes de un cristal de tiempo que parecía igualmente viable.

La clave para convertir ese set-up en un cristal de tiempo era mantener los iones fuera de equilibrio, y los investigadores alternativamente los golpearon con dos láseres. Debido a que los giros de todos los átomos se enredaron, los átomos se establecieron en un patrón estable y repetitivo de giro que define un cristal.

Una de las aplicaciones más prometedoras para los cristales de tiempo es la computación cuántica, ya que podría permitir a los físicos crear sistemas cuánticos estables a temperaturas mucho más altas de lo que se puede lograr en este momento.

 

FUENTE: ScienceAlert


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