Cuando la física es más fría que la ficción: los científicos han descubierto un nuevo tipo de materia: cristales temporales

Por primera vez, los cristales de tiempo, o cristales temporales, fueron predichos por el premio Nobel de física Frank Wilczek no hace mucho tiempo, en 2012. Sin embargo, el año pasado, por primera vez, fue posible confirmar la teoría experimentalmente: los científicos literalmente lograron recrear este misterioso tipo de materia en su laboratorio.

Si un cristal ordinario es una forma de materia sólida en la que la estructura se repite en el espacio, pero permanece sin cambios en el tiempo, entonces un cristal temporal también cambia periódicamente su estructura en el tiempo, cambiando y luego volviendo a asumir el diseño original a ciertos intervalos. Si las asociaciones habituales con los cristales para la mayoría de las personas son los diamantes y las piedras de amatista, entonces para los físicos teóricos este es un tipo de materia completamente nuevo.

La materia sólida que nos es familiar no cambia su estructura con el tiempo: la red de carbono condicional de un diamante, conocida por todos por un libro de texto de química escolar, permanece como está y no se mueve sin aplicarle energía, estando en equilibrio en su estado fundamental. En los cristales de tiempo, la red atómica se repite en el tiempo, lo que significa que el estado fundamental de dichos cristales es el movimiento. De hecho, este es un tipo de materia que nunca está en equilibrio. Para una analogía, imagine una gelatina que, después de ser pinchada con un dedo, oscila sin cesar.

En sentido figurado, esto fue hecho por dos grupos independientes de científicos: uno usó irradiación láser para crear el entorno y el otro, microondas. El hecho es que la teoría original de que los cristales temporales, que tienen una naturaleza dinámica, pueden existir en un entorno de temperatura completamente estático, como afirmó el autor de la idea de Wilcek, ha sufrido cambios. Hasta la fecha, los teóricos han estado de acuerdo en que es necesario provocar un movimiento primero. Esto fue demostrado por Norman Yao de la Universidad de Berkeley, quien fue el primero en escribir instrucciones detalladas para obtener un cristal temporal en el laboratorio.

¿Qué lograron exactamente los experimentadores? Un grupo de científicos utilizó un láser para poner en movimiento partículas individuales (es decir, eliminar iones individuales del eje) y, en la salida, obtener un movimiento caótico de todas las partículas de la cadena. El segundo grupo de científicos, dirigido por el famoso físico ruso-estadounidense Mikhail Lukin, actuó según el mismo principio, solo utilizó radiación de microondas para esto. En ambos casos, es interesante que después de ciertos intervalos de tiempo, todas las partículas de la cadena que se pusieron en movimiento previamente regresaron "en una fila", es decir, asumieron su estructura original, por lo que fue posible obtener el mismo cristal de tiempo cuya estructura se repitió en el tiempo.

Mikhail Lukin

Norman Yao también argumentó que un cristal de tiempo puede tener diferentes fases, al igual que cualquier sustancia sólida. Y aunque hoy en día solo se puede adivinar el posible uso de cristales temporales, en general, la capacidad de trabajar con este tipo de materia puede ser útil en la memoria de las computadoras y las tecnologías de cifrado y en la comprensión de la física cuántica. Una cosa es indiscutible: la confirmación experimental de la existencia de cristales de tiempo es un gran avance en la ciencia y puede conducir a tecnologías cualitativamente nuevas en el futuro.