Científicos del MIT descubren un nuevo tipo de cristal que desafía nuestra noción del tiempo

Agarraos que vienen curvas: el concepto de cristal de tiempo es extraño y su implicación en el mundo que nos rodea, puede desafiar nuestros conocimientos. Recientemente, un equipo de físicos de la Universidad de Washington y del MIT ha creado un nuevo tipo de cristal de tiempo que podría ayudar a confirmar algunas teorías fundamentales sobre las interacciones cuánticas.

Pero vamos con el principio. Un cristal de tiempo estándar es una fase de la materia que presenta un movimiento perpetuo sin gastar energía. A diferencia de un cristal tradicional, que repite un patrón molecular, un cristal de tiempo repite un patrón de movimiento, reorganizando sus átomos de la misma manera a lo largo del tiempo, señala Chong Zu, líder del nuevo estudio publicado en Physical Review X. Esto hace que el cristal de tiempo vibre a una frecuencia establecida.

En teoría, un cristal de tiempo es capaz de repetir el mismo patrón infinitamente sin necesidad de energía adicional, como un reloj al que nunca hay que darle cuerda. Sin embargo, la realidad es que los cristales de tiempo son increíblemente frágiles y, por lo tanto, se rompen fácilmente ante las presiones ambientales con bastante facilidad.

Aunque los cristales de tiempo existen desde 2016, el equipo de Zu ha logrado algo sin precedentes: han creado un nuevo tipo de cristal de tiempo llamado cuasicristal de tiempo. Un cuasicristal es un sólido que, al igual que un cristal normal, tiene átomos dispuestos de forma específica y no aleatoria, pero sin un patrón repetitivo.

Esto significa que, a diferencia de un cristal de tiempo estándar que repite el mismo patrón una y otra vez, un cuasicristal de tiempo nunca repite la forma en que organiza sus átomos. Al no haber repetición, el cristal vibra a diferentes frecuencias.

Para crear estos nuevos cuasicristales de tiempo, Zu comenzó con un trozo de diamante de un milímetro. Luego, crearon espacios dentro de la estructura del diamante bombardeándolo con potentes rayos de nitrógeno. El nitrógeno desplazó los átomos de carbono del interior del diamante, dejando cámaras atómicas vacías.

Aprovechándose de que la naturaleza aborrece el vacío, los autores vieron cómo los electrones fluyeron rápidamente hacia estos espacios vacíos e inmediatamente comenzaron a interactuar con las partículas vecinas a nivel cuántico. Cada cuasicristal temporal representa una red de más de un millón de estos espacios vacíos dentro del diamante, aunque cada uno mide tan solo un micrómetro (una millonésima parte de un metro).

“Utilizamos pulsos de microondas para iniciar los ritmos en los cuasicristales temporales – señala Bingtian Ye, investigador del MIT y coautor del estudio, en un comunicado -. Las microondas ayudan a crear orden en el tiempo”.

Uno de los resultados más importantes de la investigación del equipo es que confirma algunas teorías básicas de la mecánica cuántica, según Zu. Sin embargo, los cuasicristales temporales podrían tener aplicaciones prácticas en campos como la cronometración de precisión, la computación cuántica y la tecnología de sensores cuánticos.

Para los sensores, la fragilidad y la sensibilidad del cristal son, en realidad, una ventaja. Debido a su gran sensibilidad a factores ambientales como el magnetismo, pueden utilizarse para crear sensores extremadamente precisos. En cuanto a la computación cuántica, la capacidad de movimiento perpetuo del material es clave.