Los cristales del tiempo

Desde hace meses, ha habido especulaciones de que los investigadores podrían haber creado finalmente los cristales del tiempo - extraños cristales que tienen una estructura atómica que no solo se repite en el espacio, pero con el tiempo, poniéndolos en movimiento perpetuo y sin energía.

 Los investigadores han acaba de informar en detalle cómo hacer y medir estos cristales extraños. Y dos equipos independientes de científicos afirman que en realidad han creado los cristales del tiempo en el laboratorio con sede fuera de este modelo, lo que confirma la existencia de una forma completamente nueva de la materia.

El descubrimiento puede parecer bastante abstracto, pero anuncia en una nueva era en la física - desde hace décadas que hemos estado estudiando la materia que se definen como estar "en equilibrio", como los metales y los aislantes.

Pero se ha predicho que hay muchos tipos más extraños de la materia que hay en el Universo que no están en equilibrio que ni siquiera hemos empezado a estudiar, incluyendo los cristales del tiempo. Y ahora sabemos que son reales.

El hecho de que ahora tenemos el primer ejemplo de la materia no equilibrio podría conducir a avances en nuestra comprensión del mundo que nos rodea, así como las nuevas tecnologías como la computación cuántica. 

"Se trata de una nueva fase de la materia, y punto, pero también es muy agradable, ya que es uno de los primeros ejemplos de la materia no equilibrio", dijo el investigador principal, Norman Yao , de la Universidad de California, Berkeley.

Vamos a dar un paso atrás por un segundo, porque el concepto de los cristales del tiempo ha sido flotando alrededor durante unos años ahora. 

En primer lugar predicho por ganador del premio Nobel Frank Wilczek físico teórico  de nuevo en 2012 , los cristales del tiempo son estructuras que parecen tener movimiento, incluso en su estado de energía más bajo,  conocido como un estado fundamental.

Por lo general, cuando un material se encuentra en estado fundamental, también conocida como la  energía del punto cero  de un sistema, que significa movimiento debería ser teóricamente imposible, porque eso requeriría que gastar energía.

Pero Wilczek predijo que esto podría no ser en realidad el caso de cristales de tiempo.

cristales normales tienen una estructura atómica que se repite en el espacio - al igual que la red de carbono de un diamante. Pero, al igual que un rubí o un diamante, que son inmóviles porque están en equilibrio en su estado fundamental.

Pero los cristales del tiempo tienen una estructura que se repite en el tiempo, no sólo en el espacio. Y mantener oscilante en su estado fundamental. 

Imaginarlo como gelatina - al tocar en ella, se sacude varias veces. Lo mismo sucede en los cristales del tiempo, pero la gran diferencia aquí es que el movimiento se produce sin ningún tipo de energía.

Un cristal de tiempo es como hacer oscilar constantemente en su jalea, estado natural del suelo, y eso es lo que hace que sea una forma totalmente nueva de la materia - la materia no equilibrio. Es incapaz de permanecer sentado.

Pero es una cosa para predecir estos tiempos existen cristales, es otra completamente distinta para hacerlos, que es donde el nuevo estudio viene en.

Yao y su equipo tienen ahora vienen con un plan detallado que describe exactamente cómo hacer y medir las propiedades de un cristal del tiempo, e incluso predecir cuáles deben ser las distintas fases que rodean los cristales del tiempo - lo que significa que han trazaron el equivalente de los líquidos, gases y fases sólidas para la nueva forma de la materia.

Publicado en Physical Review Letters ,  Yao llama al papel de  "puente entre la idea teórica y la implementación experimental".

Y no es sólo especulación, tampoco. Con base en modelo de Yao, dos equipos independientes - uno de la Universidad de Maryland y  uno de Harvard  - ahora han seguido las instrucciones para crear sus propios cristales del tiempo. 

Ambas decisiones fueron anunciadas a finales del año pasado en el sitio pre-impresión arXiv.org ( aquí y aquí ), y se han presentado para su publicación en revistas revisadas por pares. Yao es un co-autor de ambos artículos.

Mientras estamos a la espera de los documentos que se publicarán, tenemos que ser escépticos acerca de las dos reivindicaciones. Pero el hecho de que dos equipos independientes han utilizado el mismo modelo para hacer los cristales del tiempo de diferentes sistemas enormemente es prometedor.

La Universidad de los cristales del tiempo de Maryland fueron creados mediante la adopción de una línea de conga de 10 iones de iterbio, todas con espines de los electrones entrelazados.

La clave para convertir ese set-up en un cristal del tiempo era para mantener los iones fuera del equilibrio, y para hacer que los investigadores les golpean alternativamente con dos láseres. Un láser crea un campo magnético y el segundo láser volteado parcialmente los espines de los átomos.

Debido a que los giros de todos los átomos se enredaron, los átomos se acomodaron en un patrón estable, repetitiva de volteo giro que define un cristal.

Eso era bastante normal, pero para convertirse en un cristal del tiempo, el sistema tenía que romper la simetría tiempo. Y observando la línea de conga átomo de iterbio, los investigadores notaron que estaba haciendo algo extraño.

Los dos láseres que estuvieran enlazados periódicamente los átomos de iterbio estaban produciendo una repetición en el sistema en dos veces el período de los empujones, algo que no podría ocurrir en un sistema normal.

"¿No sería muy raro si jiggled la gelatina y se encontró que de alguna manera respondió a un período diferente?" dijo Yao.

"Pero esa es la esencia del cristal del tiempo. Tienes algún conductor periódica que tiene un periodo de 'T', pero el sistema de alguna manera se sincroniza de manera que se observa el sistema oscilante con un período que es más grande que la" T "."

El cristal del tiempo de Harvard era diferente. Los investigadores establecerlo utilizando centros de vacantes de nitrógeno densamente empaquetadas en diamantes, pero con el mismo resultado. 

"Tales resultados similares obtenidos en dos sistemas, dispares subrayan que los cristales de tiempo son una amplia nueva fase de la materia, y no simplemente una curiosidad relegada a pequeños sistemas específicos o estrechamente", explicó Phil Richerme la Universidad de Indiana, que no participó en el estudio , en un artículo de perspectiva que acompaña el artículo.

"Observación del cristal de tiempo discreto ... confirma que ruptura de la simetría puede ocurrir en esencialmente todos los reinos naturales, y abre el camino a varias nuevas vías de investigación."

Anteproyecto de Yao ha sido publicado en  Physical Review Letters ,  y se puede ver el documento de cristal del tiempo de Harvard aquí , y la Universidad de Maryland papel aquí .