Cristales de tiempo

La idea de los cristales de tiempo fue propuesta por primera vez en 2012 por el premio nobel y profesor del MIT Frank Wilczek.

A continuación os dejo una recopilación de información muy interesante al respecto de lo que supone este hallazgo, junto con la última noticia del mes pasado. Cuando se descubrió que los cristales de tiempo, estaban ya presentes en nuestra vida cotidiana.

Wilczek propuso la existencia de los cristales de tiempo en 2012, cuando se preguntaba si ciertas características que cambian con el tiempo, en lugar de con el espacio, podrían dar lugar a nuevas fases de la materia. Wilczek dice que “los nuevos descubrimientos son ciertamente un descendiente reconocible de su visión original y han conservado el nombre”.
Las leyes físicas están cargadas de simetrías: instancias en las que una acción produce la misma reacción en un entorno diferente. Si golpeas una pared sólida con la misma fuerza, dolerá lo mismo sin importar qué parte de la pared golpees o qué hora del día sea —esas son simetrías espaciales y de traducción temporal. Algunas simetrías pueden romperse. Los cristales, sólidos donde las partículas se disponen formando una red tridimensional, rompen la llamada simetría traslacional espacial, ya que las moléculas prefieren un lugar específico en el espacio. Si golpearas una valla en lugar de una pared sólida, podrías romper la simetría traslacional espacial, ya que golpear la valla es distinto que golpear el espacio entre las tablas.

 La idea de Wilczek era simple:

¿Pueden las moléculas romper la simetría traslacional del tiempo?
¿Pueden ciertos sólidos cristalizar en el tiempo, prefiriendo diferentes estados a diferentes intervalos de tiempo?

Esa pregunta se convirtió en: ¿Tienen ciertos comportamientos periódicos de una colección de átomos un tempo preferido?

Esto es como las cigarras que vuelven cada 17 años, que podrían volver cada año, pero en su lugar rompen una simetría de traslación de tiempo ya que se agrupan en el año 17 en lugar de aparecer uniformemente.

Los físicos Haruki Watanabe y Masaki Oshikawa de la Universidad de Tokio se dieron cuenta en 2014 de que no, probablemente no hay cristales de tiempo, al menos no de la manera en que Wilczek los definió. Dos años más tarde, físicos como Shivaji Sondhi en Princeton y Chetan Nayak, de la Universidad de California en Santa Bárbara, demostraron que los cristales de tiempo podrían existir si cambiásemos un poco las reglas, dándoles a los átomos un empujón periódico por ejemplo. El físico Norman Yao de la Universidad de California en Berkeley redactó una especie de plan para determinar qué medir como justificación de haber creado un cristal de tiempo. Los descubrimientos salieron en prepublicación hace unas semanas, pero ahora los descubrimientos han sido examinados a través del proceso de revisión por pares.
“Lo sorprendente del cristal de tiempo es que es estable”, dijo Yao a Gizmodo. El cristal de tiempo debe preferir una determinada frecuencia vibratoria, diferente de la frecuencia del empuje periódico. Con algunos impulsos, la frecuencia vibratoria preferida no cambia.
Eso es lo que cada grupo está reportando hoy en la revista Nature. Las partículas tienen una propiedad mecánica cuántica innata llamada “espín” relacionada con el magnetismo, que en el caso de estos cristales, tiene dos valores diferentes. Todos los valores se alinean, y cambian de estado en el momento preferido del cristal. Entender a fondo el espín no es tan importante para entender los cristales del tiempo. A nivel muy básico, piensa en cada partícula como un espectador en un evento deportivo que sostiene un letrero. Si todos sostienen el letrero del lado A, los letreros colectivos dicen una frase, y si todos sostienen el letrero del lado B, dicen una frase diferente. De lo contrario, es un lío confuso.
Un grupo de la Universidad de Maryland alineó diez iones de iterbio atrapados (el iterbio es un elemento químico) y les disparó pulsos láser periódicos para cambiar en parte, pero no completamente, el espín de los iones. No importó: valores de espín de las partículas cambiaron por completo. Continuaron cambiando y alineándose a la mitad de la velocidad del pulso láser. Si el equipo alteraba un poco el pulso, los diez iones mantenían el mismo ciclo, aunque la intuición dice que el movimiento periódico del cristal de tiempo debería desmoronarse. En cambio, preferían marchar al ritmo de su propio compás.


La configuración del grupo de Harvard era un poco diferente. Cargaron la red de carbono de un diamante con impurezas en forma de átomos de nitrógeno; tantas impurezas que el diamante se volvió negro. Su cristal también requería una fuerza de pulsación, en este caso un campo de microondas, y también observaron al espín de las impurezas cambiar una y otra vez, alinéandose con su propia frecuencia más baja y periodo más largo. Esto hizo que el diamante brillara, como en la imagen de abajo. Su sistema era tan complejo que la teoría no explica completamente su comportamiento, dijo Soonwon Choi.

“Ambos sistemas son realmente geniales. Son muy diferentes”, dijo Yao. “Creo que son extremadamente complementarios. No creo que uno sea mejor que el otro. Miran dos regímenes diferentes de la física. Que podamos ver esta fenomenología similar en sistemas muy diferentes es realmente increíble”.
El cristal podría preferir propio tempo para cambiar de espín, pero el efecto ciertamente no durará para siempre. Los cristales de tiempo no pueden existir sin el pulso repetitivo de energía que persuade a los átomos para que se organicen en el tiempo. “No es una máquina de movimiento perpetuo”, dijo Jiehang Zhang de la Universidad de Maryland a Gizmodo. “¡Lo conducimos nosotros!”.
Si todavía estás un poco confundido, Yao tiene una gran explicación: si estás saltando a la comba, esperas una rotación cada vez que la mano de la persona que sostiene la cuerda gira. Estos cristales de tiempo saben que la cuerda hace un círculo completo, o el espín cambia de ciclo, cada dos giros de mano.
Nayak estuvo de acuerdo en que ambos grupos presentaron evidencias de los cristales que él y otros teorizaron, pero aún necesitamos saber cuán estables son estos cristales. “Sus resultados combinados apuntan a la necesidad de experimentos que demuestren verdaderamente que las oscilaciones permanecen en fase durante largos tiempos”, escribió en un artículo de Nature News & Views, “y no son eliminados por las inevitables fluctuaciones”.
Ahora que sabes lo que es un cristal de tiempo, estarás pensando “¿y qué hay de emocionante en eso?” (“El otro día en un juego vi un cristal de tiempo como arma”, dijo Landig). Soonwon inmediatamente planteó aplicaciones potenciales en computación cuántica para un futuro lejano, controlando muchos bits cuánticos al mismo tiempo. Pero su importancia es más fundamental. Normalmente los estados de la materia solo existen cambiando la forma en que las partículas se organizan en el espacio. Los cristales de tiempo abren todo un mundo de posibles nuevos estados de la materia mediante la adición de estos pulsos láser o de microondas. Estados que solo existen cuando se le está haciendo algo al sólido, como una versión de la física cuántica de cómo el almidón de maíz mezclado con agua solo se siente sólido cuando lo aplastas.
“Demuestra que la riqueza de los estados de la materia es incluso más amplia [de lo que pensábamos]”, dijo Yao. “Uno de los santos griales de la física es entender qué tipos de materia pueden existir en la naturaleza”. Tenemos muchos materiales extraños como superconductores y superfluidos, pero las “fases de no equilibrio” como los cristales de tiempo “representan un camino diferente a todas las cosas hemos estudiado en el pasado”.

https://es.gizmodo.com/fisicos-confirman-la-existencia-de-los-cristales-de-tie-1793093335




LAS ULTIMAS NOTICIAS SOBRE LOS CRISTALES DE TIEMPO...

Que los físicos consigan crear un cristal de tiempo en las más controladas condiciones de laboratorio es una cosa. Pero que los encuentren en un material común, como los cristales de fosfato de monoamonio, que se utilizan incluso en algunos kits de química destinados a los niños, es otra muy diferente.
Los cristales convencionales, como la sal, el cuarzo, los copos de nieve o los diamantes, tienen sus átomos ordenados en patrones muy estables y que se repiten una y otra vez en las tres dimensiones espaciales. En los cristales de tiempo, sin embargo, los átomos también se mueven siguiendo un patrón que se repite, aunque lo hace en el tiempo, y no en el espacio.
Seguir un patrón temporal (en vez de espacial) implica que los átomos de un cristal de tiempo nunca se acomodan en su estado fundamental, cosa que sí hacen los átomos de los cristales convencionales. Por lo general, cuando un material está en su estado fundamental (estado de mínima energía, también conocido como energía de punto cero de un sistema) su movimiento es imposible, porque eso requeriría un gasto de energía de la que ese sistema ya no dispone.


Por eso, los cristales «normales» permanecen inmóviles, ya que están en equilibrio y en su estado fundamental. Pero los cristales de tiempo tienen, repetimos, una estructura que no se repite en el espacio, sino en el tiempo, y por lo tanto siguen oscilando incluso en su estado fundamental. Es decir, nunca alcanzan el equilibrio y, literalmente, no pueden permanecer quietos. Lo más perturbador es que esa oscilación cíclica y repetida tiene lugar una y otra vez sin necesidad de utilizar energía alguna. Ante este panorama, los físicos se sienten como exploradores que entraran por primera vez en un continente totalmente desconocido.
Con su hallazgo, los investigadores han demostrado que estamos aún muy lejos de saber cómo se forman los cristales de tiempo. De lo que no cabe duda es que tras ellos se oculta toda una nueva física que apenas estamos empezando a comprender.


http://www.abc.es/ciencia/abci-misterio-cristales-tiempo-201805171304_video.html