Los científicos han logrado un gran avance en el campo de la física cuántica al producir un cristal del tiempo con una vida útil millones de veces mayor que la alcanzada anteriormente. Este descubrimiento confirma la predicción teórica de los cristales del tiempo realizada por el premio Nobel Frank Wilczek en 2012, demostrando un comportamiento periódico en un sistema sin influencia externa periódica.
Los investigadores han conseguido prolongar la vida de los cristales del tiempo, confirmando el concepto teórico propuesto por Frank Wilczek. Esto representa un importante paso adelante en la física cuántica.
Un equipo de la Universidad TU Dortmund logró recientemente producir un cristal del tiempo extremadamente duradero que vive millones de veces más de lo que se pudo demostrar en experimentos anteriores. Con ello confirmaron un fenómeno muy interesante, postulado por el premio Nobel Frank Wilczek hace unos diez años y que ya se ha introducido en las películas de ciencia ficción. Los resultados se han publicado ahora en Física de la naturaleza.
Un logro pionero en la investigación de cristales de tiempo
Los cristales, o más precisamente, los cristales en el espacio, son disposiciones periódicas de átomos en grandes escalas de longitud. Esta disposición confiere a los cristales su aspecto exquisito, con facetas suaves como en las piedras preciosas.
Dado que la física a menudo trata el espacio y el tiempo al mismo nivel, por ejemplo en la relatividad especial, Frank Wilczek, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y premio Nobel de física, planteó en 2012 la hipótesis de que, además, para los cristales en el espacio , también debe haber cristales en el tiempo. Para que este sea el caso, dijo, una de sus propiedades físicas debe comenzar a cambiar espontáneamente periódicamente con el tiempo, aunque el sistema no experimente interferencias periódicas similares.
Lo que parece una llama es la medición del nuevo cristal del tiempo: cada punto corresponde a un valor experimental, lo que lleva a diferentes visiones de la dinámica periódica de la polarización del espín nuclear del cristal del tiempo. Fuente de la imagen: Alex Grealish/TU Dortmund
Entendiendo los cristales del tiempo
La posibilidad de la existencia de tales cristales del tiempo ha sido objeto de un controvertido debate científico durante varios años, pero rápidamente llegó a los cines: por ejemplo, el cristal del tiempo jugó un papel central en la película de Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). A partir de 2017, los científicos ya han logrado demostrar en varias ocasiones la existencia de un posible cristal del tiempo.
El Dr. Alex Grealish trabaja en el Centro de Investigación de la Materia Condensada del Departamento de Física de la TU Dortmund. Crédito: TU Dortmund
Sin embargo, estos sistemas, contrariamente a la idea original de Wilczek, fueron sometidos a una excitación temporal con una periodicidad específica, pero luego reaccionaron con otro período dos veces más largo. Un cristal que se comporta periódicamente con el tiempo, aunque la excitación es independiente del tiempo, es decir, constante, no se demostró hasta 2022 en un condensador de Bose-Einstein. Sin embargo, el cristal sólo vivió unos pocos milisegundos.
Salto en el tiempo longevidad del cristal
Los físicos de Dortmund, dirigidos por el Dr. Alex Grelich, han diseñado un cristal especial hecho de arseniuro de indio y galio, en el que los espines nucleares actúan como depósito para el cristal del tiempo. El cristal se ilumina continuamente de modo que la polarización del espín nuclear se forma mediante la interacción con el espín del electrón. Es precisamente esta polarización del espín nuclear la que genera espontáneamente oscilaciones, el equivalente a un cristal de tiempo.
El estado actual de los experimentos es que el cristal tiene una vida útil de al menos 40 minutos, diez millones de veces más de lo que se ha demostrado hasta ahora, y probablemente sobrevivirá mucho más tiempo.
Es posible variar el período de cristalización a gran escala cambiando sistemáticamente las condiciones experimentales. Sin embargo, también es posible desplazarse a zonas donde el cristal se “derrite”, es decir, pierde su periodicidad. Estas regiones también son interesantes, ya que surgen comportamientos caóticos que pueden mantenerse durante largos períodos de tiempo. Esta es la primera vez que los científicos pueden utilizar herramientas teóricas para analizar el comportamiento caótico de tales sistemas.
Referencia: “Fuerte cristal de tiempo continuo en el sistema de espín del electrón nuclear” por A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev y M. Bayer, 24 de enero de 2024, Física de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6
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