Thursday, March 09, 2017

Científicos observan por primera vez los cristales de tiempo, una nueva forma de materia

Recreación artística del cristal de tiempo. E. Edwards/JQI
El hallazgo podría aplicarse para mejorar sistemas de almacenamiento o transferencia de información en ordenadores cuánticos
"Esto abre la puerta a un nuevo mundo de fases de no equilibrio", afirman los investigadores
Desde que en 2012 el ganador del premio Nobel Frank Wilczek aventurase por primera vez la posibilidad de crear una nueva fase de la materia -a la que bautizó como cristales de tiempo-, este concepto sólo había sido debatido como posibilidad matemática. Ahora, dos grupos de científicos de las universidades de Harvard y Maryland han conseguido observar por primera vez estos elementos en un laboratorio. Los resultados de sus investigaciones acaban de ser publicados en el último número de la revista Nature.
Los cristales de tiempo son en realidad sistemas de átomos cuyos patrones se repiten no sólo en el espacio -como ocurre con cualquier otro tipo de cristal- sino también en el tiempo. Los experimentos suponen la confirmación de la existencia de lo que podría ser un nuevo tipo de materiales constantemente fuera de equilibrio; incapaces por naturaleza de encontrar una estabilidad.
"Esperamos que éste sea sólo un primer ejemplo y que puedan llegar muchos más", afirma Andrew Potter, profesor asociado de Física en la Universidad de Texas y coautor de uno de los estudios. De acuerdo con los investigadores, algunas de estas nuevas formas de material podrían tener aplicaciones prácticas en el almacenamiento o transferencia de información en ordenadores cuánticos. "Esto abre la puerta a un nuevo mundo de fases de no equilibrio", asegura Potter.
El equipo al que pertenece Potter, coordinado por físicos de la Universidad de Maryland, ha utilizado como base para sus experimentos átomos de iterbio cargados eléctricamente. Situándolos en el campo eléctrico correcto, los autores consiguieron que 10 de estos iones se elevasen por encima de la superficie. Posteriormente, aplicando un pulso de láser a intervalos regulares sobre los átomos en suspensión, lograron que girasen sobre sí mismos hasta establecer un patrón de movimientos repetido.
Sin embargo, los científicos observaron que la repetición de este patrón en iones no se producía con cada pulsión del láser, sino sólo con la mitad de frecuencia. En palabras de los investigadores, este efecto es similar al que se produciría pulsando dos veces la tecla del piano y logrando un único sonido. Este comportamiento cuántico anormal es el que anticipaban los físicos y el que les ha permitido confirmar que se encuentran ante un cristal de tiempo.

De la teoría a la práctica

El año pasado investigadores de la Universidad de California-Santa Bárbara (UCSB) afirmaron que los cristales de tiempo podían ser una realidad física y no sólo una teoría matemática. Para demostrarlo desarrollaron el concepto de "ruptura espontánea en la simetría de la traslación temporal", con el que explicaban el comportamiento de esta nueva fase de material que nunca se equilibra. Y para verificar sus teorías, propusieron un experimento con iones atrapados, como los que se han llevado a cabo en los estudios que aparecen publicados en Nature.
En un artículo publicado el mes pasado en la revista Physical Review Letters, el profesor asistente de física de UC Berkeley, Norman Yao, describió los pasos a seguir para conseguir la creación de estos cristales e incluso predijo las diferentes etapas que rodean el cristal de tiempo, similares a los estados líquido y gaseoso del hielo.
Yao aventuró que los átomos en un cristal de tiempo nunca se establecen en lo que se conoce como equilibrio térmico, un estado en el que todos tienen la misma cantidad de calor. "A lo largo del último medio siglo, hemos estado explorando la materia de equilibrio, como metales y aislantes", escribió Yao entonces, "ahora estamos empezando ahora a explorar un nuevo campo de materia no equilibrada".

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