Los físicos han ampliado los átomos a cientos de veces su tamaño normal, creando una versión espectacular de materia exótica que antes se consideraba imposible.
La fase de materia extraña, conocida como cristal del tiempo, se creó disparando láseres a átomos de rubidio hasta que se hincharon hasta adquirir una forma excitada.
De esta manera, los investigadores dicen haber abierto una nueva vía para explorar las propiedades de estos misteriosos cristales, que oscilan periódicamente entre dos estados aparentemente interminables, moviéndose sin parar y sin perder nunca energía.
La nueva técnica, descrita el 2 de julio en la revista Nature Physics, también podría ayudar a los científicos a construir mejores computadoras cuánticas.
«Hemos creado un nuevo sistema que proporciona una plataforma poderosa para profundizar nuestra comprensión del fenómeno del cristal del tiempo de una manera que se acerca mucho a la idea original de Frank Wilczek», dijo el coautor Thomas Pohlfísico de la Universidad de Viena, dijo en un comunicado.
Propuestos por primera vez en 2012 por el físico ganador del Premio Nobel Wilczek, los cristales del tiempo son grupos de partículas que se repiten en el tiempo, al igual que otros cristales (como la sal de mesa o los diamantes) se repiten en el espacio.
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Esto es apasionante para los físicos. Por lo general, las leyes de la física, que son simétricas en el espacio y (en la mayoría de los casos) tiempo, creando resultados que son los mismos independientemente de su dirección en el espacio y el tiempo.
Pero los cristales rompen esta simetría y se organizan en una dirección espacial preferida. Esto significa que, aunque las leyes físicas siguen siendo simétricas, crean resultados diferentes según la dirección en la que actúan sobre los cristales.
De la misma manera que los cristales rompen la simetría en el espacio, los cristales del tiempo rompen la simetría en el tiempo. Existen con la energía más baja posible permitida por la mecánica cuántica y oscilan entre dos estados sin disminuir su velocidad.
Estas extraordinarias propiedades han llevado a muchas afirmaciones de que los cristales del tiempo son máquinas de movimiento perpetuo que violan la segunda ley de la termodinámica, pero Este no es el caso. Los cristales, que son guiados por láseres, simplemente no pueden perder ni ganar energía: lo único que hace la luz láser que los golpea es hacer que repitan su mezcla de dos pasos. Esto significa que, como muchos sistemas que contienen sólo un puñado de átomos, la segunda ley no se aplica a ellos.
Se han creado varios cristales de tiempo desde la propuesta de Wilczek, cada uno de los cuales ofrece sus propias ventanas únicas a esta extraña fase de la materia. Para construir su cristal del tiempo, los investigadores detrás del nuevo estudio recurrieron a átomos de rubidio excitados en lo que se conoce como estados de Rydberg.
Al disparar luz láser a un recipiente de vidrio lleno de átomos de rubidio, los físicos bombearon el gas con toneladas de exceso de energía. La luz láser excitó los electrones dentro de los átomos, haciendo que los espacios entre sus núcleos atómicos y las capas externas de electrones se hincharan hasta cientos de veces su tamaño normal. Esto hizo que sucediera algo muy interesante.
«Si los átomos de nuestro recipiente de vidrio se preparan en estados de Rydberg y su diámetro se vuelve enorme, entonces las fuerzas entre estos átomos también se vuelven muy grandes», dijo Pohl. “Y esto a su vez cambia la forma en que interactúan con el láser. Si se elige la luz láser de tal manera que pueda excitar dos estados de Rydberg diferentes en cada átomo al mismo tiempo, se genera un circuito de retroalimentación que provoca oscilaciones espontáneas. reacciones entre los dos estados atómicos, lo que a su vez conduce también a la absorción de luz oscilante».
En otras palabras, había aparecido un cristal del tiempo dentro de la caja de cristal.
«Este es en realidad un experimento estático en el que no se impone ningún ritmo específico al sistema», añadió Pohl. «Las interacciones entre la luz y los átomos son siempre las mismas, el rayo láser tiene una intensidad constante. Pero, sorprendentemente, resultó que la intensidad que llega al otro extremo de la celda de vidrio comienza a oscilar en patrones muy regulares».
Ahora que han creado su nuevo tipo de cristal del tiempo, los investigadores continuarán experimentándolo y probándolo para futuras aplicaciones. Sugirieron que podría usarse para crear nuevos sensores altamente sensibles, así como para ayudar a los científicos a comprender mejor la sincronización cuántica, un fenómeno en el que se pueden hacer que múltiples sistemas cuánticos actúen en fase, lo que ayudará en el desarrollo de mejores computadoras cuánticas.
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