Los Cristales de tiempo.

A principios de este año , los físicos se había elaborado un plan de cómo hacer y medir los cristales del tiempo - un extraño estado de la materia con una estructura atómica que no solo se repite en el espacio, pero con el tiempo, lo que les permite mantener constante oscilación sin energía.

Dos equipos de investigación independientes lograron crear lo que parecía un montón, como los cristales del tiempo en enero, y ahora ambos experimentos han superado con éxito la revisión por pares, por primera vez, poniendo el fenómeno "imposible" de lleno en el ámbito de la realidad.

Hemos tomado estas ideas teóricas que hemos estado hurgando en el último par de años y realmente lo construyó en el laboratorio", dice uno de los investigadores , Andrew Potter en la Universidad de Texas en Austin.

"Con suerte, esto es sólo el primer ejemplo de estos, con muchos más por venir."

Los cristales del tiempo son una de las mejores cosas de la física ha servida en los últimos meses, ya que apuntan a un nuevo mundo de fases '' no-equilibrioque son totalmente diferentes de cualquier cosa científicos han estudiado en el pasado. 

Durante décadas, los que hemos estado estudiando la materia, tales como los metales y los aislantes, eso se define como estar "en equilibrio" - un estado en el que todos los átomos en un material tienen la misma cantidad de calor.

Ahora parece que los cristales del tiempo son el primer ejemplo del estado de la hipótesis, pero sin estudiar 'no equilibrio' de la materia, y que podría revolucionar la forma en que almacenar y transferir información a través de los sistemas cuánticos.

"Esto demuestra que la riqueza de las fases de la materia es aún más amplia [de lo que pensábamos]," el físico Norman Yao, de la Universidad de California, Berkeley, que publicó el proyecto en enero, dijo a Gizmodo.

"Uno de los santos griales de la física es la comprensión de qué tipos de materia puede existir en la naturaleza. [E] l equilibrio fases representan una nueva vía diferente de todas las cosas que hemos estudiado en el pasado."

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

Por lo general, cuando un material entra en su estado fundamental - también conocida como la energía del punto cero de un sistema - el movimiento debe ser teóricamente imposible, ya que requeriría que gastar energía.

Pero Wilczek previó un objeto que podría lograr el movimiento perpetuo, mientras que en su estado fundamental al cambiar periódicamente la alineación de los átomos dentro del cristal una y otra vez - fuera del estado fundamental, de nuevo, y repetir.

Que quede claro - esto no es una máquina de movimiento perpetuo, porque hay cero de energía en el sistema. Pero la hipótesis inicialmente parecía poco probable por otra razón. 

Se hizo alusión a un sistema que rompe uno de los supuestos más fundamentales de nuestra comprensión actual de la física - simetría tiempo de traducción, que establece que las leyes de la física son las mismas en todas partes y en todo momento.

Como Daniel Oberhaus explica por la placa base , la simetría del tiempo la traducción es la razón por la cual sería imposible lanzar una moneda en un momento y tener las probabilidades de cara o cruz al 50/50, pero la próxima vez que se tapa, las probabilidades son repente 70/30.

Sin embargo, ciertos objetos pueden romper esta simetría en su estado fundamental, sin violar las leyes de la física. 

Considere la posibilidad de un imán con un norte y un extremo sur. No está claro cómo un imán 'decide' cuyo fin será el norte y el sur, que será, pero el hecho de que tiene un norte y un sur extremo significa que no se ve igual en ambos extremos - es naturalmente asimétrica.

Otro ejemplo de un objeto físico con un estado fundamental asimétrica es un cristal.

Los cristales son conocidos por sus patrones estructurales que se repiten, pero los átomos dentro de ellos tienen posiciones preferidas '' dentro de la red. Así que dependiendo de donde se observa un cristal en el espacio, que será diferente - las leyes de la física ya no son simétricas, porque no se aplican por igual a todos los puntos en el espacio.

Con esto en mente, Wilczek propuso que podría ser posible crear un objeto que logra un estado fundamental asimétrica no a través del espacio, como cristales o imanes ordinarios, pero a través del tiempo.

En otras palabras, podrían átomos preferir diferentes estados en diferentes intervalos en el tiempo?

Avance rápido de unos años, y americanas y japonesas investigadores demostraron que esto podría ser posible, con una gran pellizco a la propuesta de Wilczek - con el fin de conseguir los cristales del tiempo volteando sus estados una y otra vez, que tenían que ser dado un 'empujón' cada de vez en cuando.

En enero de este año , Norman Yao describe cómo un sistema de este tipo podría ser construido, que describe a Elizabeth Gibney en la naturaleza  como una especie "más débil" de la violación de la simetría Wilczek había imaginado.

"Es como jugar con una cuerda para saltar, y de alguna manera nuestro brazo gira alrededor de dos veces, pero la cuerda sólo se da la vuelta una vez," dice , añadiendo que en la versión de Wilczek, la cuerda oscilaría por sí mismo.

"Es menos raro que la primera idea, pero aún así es fricking raro".

Dos equipos independientes de investigadores , uno dirigido por la Universidad de Maryland, y el otro de la Universidad de Harvard, tomó este modelo y corrieron con él, creando dos versiones diferentes de un cristal vez que se presentó igualmente viables.

"Ambos sistemas son muy cool. Son una especie de muy diferente. Creo que son extremadamente cortesía", dijo Yao a Gizmodo . 

"No creo que uno es mejor que el otro. Se ven en dos regímenes diferentes de la física. El hecho de que se está viendo esta fenomenología similar en sistemas muy diferentes es realmente sorprendente."


Se describe en los documentos pre-impresos , en enero , 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.

Como Fiona MacDonald informó por nosotros en el momento:

"La clave para convertir ese set-up en un cristal del tiempo era mantener a 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 espines de los átomos se enredaron, los átomos se acomodaron en un patrón estable, repetitiva de volteo giro que define un cristal, pero hicieron algo realmente extraño para convertirse en un cristal del tiempo - el patrón voltear spin-en el sistema repite sólo la mitad tan rápido como los pulsos de láser.

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

El cristal del tiempo de Harvard utiliza en lugar de diamantes que habían sido cargados con tantas impurezas de nitrógeno, se volvió negro .

El giro de estas impurezas fueron capaces de dar la vuelta atrás y adelante como el espín de los iones de iterbio en el experimento Maryland.

Fue un momento emocionante para la física, pero ahora las cosas son finalmente oficial, debido a que ambos experimentos han pasado la revisión por pares, y ahora aparecen en documentos separados en la naturaleza, aquí y aquí .

Y ahora que sabemos que estas cosas existen, es el momento de hacer más de ellos, y ponerlos en uso. 

Una de las aplicaciones más prometedoras para los cristales del tiempo es la computación cuántica - que podría permitir a los físicos para crear sistemas cuánticos estables a temperaturas mucho más altas que se puede lograr en este momento, y que sólo podría ser el empujón que necesitamos para finalmente hacer la computación cuántica en una realidad . 

No podemos esperar para ver donde el investigación  nos conduce.