Los científicos han logrado un gran avance en el campo de la física cuántica al producir un cristal periódico que es millones de veces más grande de lo que se había logrado anteriormente. Este descubrimiento confirma la predicción teórica de los cristales del tiempo realizada por el premio Nobel Frank Wilczyk en 2012, que muestra un comportamiento periódico en sistemas independientes de influencias externas.
Los investigadores han ampliado con éxito la vida útil de un cristal del tiempo, confirmando un concepto teórico propuesto por Frank Wilkeske. Esto marca un importante paso adelante en la física cuántica.
Un equipo de la Universidad TU Dortmund ha logrado recientemente desarrollar un cristal de tiempo extremadamente duradero que dura millones de veces más de lo que se había demostrado anteriormente en experimentos. Con ello confirmaron una tendencia muy interesante que el premio Nobel Frank Wilkesian había postulado casi diez años antes y que ya se había introducido en las películas de ciencia ficción. Los resultados ya han sido publicados.
Logros innovadores en la investigación de cristales de tiempo
Los cristales o, para ser más precisos, los cristales en el espacio, son disposiciones periódicas de átomos en grandes escalas de longitud. Esta disposición da a los cristales su apariencia atractiva, con caras suaves, como las de las piedras preciosas.
Dado que la física trata a menudo el espacio y el tiempo al mismo nivel, por ejemplo en la relatividad especial, Frank Wilkeske, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y ganador del Premio Nobel de Física, postuló en 2012 que, además. Para que haya cristales en el espacio, también debe haber cristales en el tiempo. Para ello, dijo, una de sus propiedades físicas tiene que empezar a cambiar periódicamente, incluso si el sistema no experimenta la misma interrupción periódica.
Cómo se ve la nueva llama de medición del cristal del tiempo: cada punto corresponde a un valor experimental, lo que da como resultado diferentes vistas de la dinámica de largo alcance de la polarización del espín nuclear del cristal del tiempo. Crédito: Alex Greilich / Universidad TU Dortmund
Entendiendo el cristal del tiempo
La posibilidad de un cristal del tiempo fue objeto de un debate científico controvertido durante muchos años, pero pronto llegó a las salas de cine: por ejemplo, un cristal del tiempo jugó un papel central en la película de Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). Desde 2017, los científicos han logrado demostrar en ocasiones la existencia de un posible cristal del tiempo.
El Dr. Alex Greilich trabaja en el Centro de Investigación de Materia Condensada del Departamento de Física de la Universidad TU Dortmund. Crédito: Universidad TU Dortmund
Sin embargo, se trataba de sistemas que, contrariamente a la idea original de Wilkes, están sujetos a estímulos transitorios durante un período de tiempo determinado, pero luego reaccionan el doble de tiempo en el segundo período. Un cristal que se comporta periódicamente en el tiempo, aunque la excitación es independiente del tiempo, es decir, continua, no se demostró hasta 2022 en un condensado de Bose-Einstein. Sin embargo, el cristal sólo vivió unos pocos milisegundos.
Un salto en el tiempo longevidad del cristal
Físicos de Dortmund, dirigidos por el Dr. Alex Gerlich, han creado un cristal especial de arseniuro de indio y galio, en el que los espines atómicos actúan como depósito para el cristal del tiempo. El cristal se ilumina continuamente para crear una polarización de espín atómico mediante la interacción con los espines de los electrones. Y es precisamente esta polarización del espín nuclear la que crea una estructura autoconsistente, análoga a un cristal de tiempo.
El estado actual del experimento es que la vida del cristal es de al menos 40 minutos, diez millones de veces más que el tiempo mostrado hasta la fecha, y potencialmente puede vivir mucho más.
Es posible cambiar el período cristalino en amplios rangos cambiando sistemáticamente las condiciones experimentales. Sin embargo, también es posible desplazarse a zonas donde el cristal se «derrite», es decir, pierde su período. Estas zonas también son interesantes, ya que luego aparecen comportamientos caóticos, que pueden mantenerse durante mucho tiempo. Esta es la primera vez que los científicos pueden utilizar herramientas teóricas para analizar el comportamiento caótico de tales sistemas.
Cita: «Fuertes cristales de tiempo continuo en sistemas de espín nuclear-electrón» A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev y M. Bayer, 24 de enero de 2024, La física de la naturaleza..
DOI: 10.1038/s41567-023-02351-6
