Científics aconsegueixen crear 'cristalls de temps', un nou estat de la matèria

Científics de la Universitat de Granada i la Universitat de Tübingen han descobert una manera de crear cristalls de temps, una nova fase de la matèria que emula una estructura cristal·lina en la quarta dimensió, el temps, en lloc de només en l'espai, a partir de fluctuacions extremes en sistemes físics de moltes partícules.

Els vidres de temps són un nou estat de la matèria proposat recentment pel premi Nobel de física Frank Wilczek, de Massachusetts Institute of Technology, als Estats Units.

En els cristalls de temps --la existència es va suggerir per primera vegada en 2012--, els àtoms repeteixen un patró a través de la quarta dimensió, el temps, a diferència dels vidres normals (com un diamant), que tenen àtoms disposats en una estructura espacial repetitiva. Així, aquests nous cristalls temporals es caracteritzen per realitzar un moviment periòdic en el temps.

En aquest treball els investigadors de la UGR demostren que certes transicions de fase dinàmiques que apareixen en les fluctuacions rares de molts sistemes físics trenquen espontàniament la simetria de translació en el temps.

D'aquesta manera, l'investigador Rubén Hurtado Gutiérrez, juntament amb els professors Carlos Pérez Espigares i Pablo Hurtado, del departament d'Electromagnetisme i Física de la Matèria de la UGR, i en col·laboració amb el professor Federico Carollo, de la UT, han proposat un nou camí per usar aquest fenomen natural per crear cristalls de temps.

Per realitzar les simulacions d'aquest treball, els científics han emprat el superordinador Proteus, pertanyent a l'Institut Carlos I de Física Teòrica i Computacional de la UGR. És un dels superordinadors de càlcul científic general més potents d'Espanya, amb una capacitat de càlcul de més de 90TeraFlops que arriba gràcies als seus més de 2300 nuclis de processament, 7.5 Terabytes de RAM i 380TeraBytes d'emmagatzematge de dades.

En el seu article, els científics de la UGR proposen una ruta inexplorada fins ara per construir vidres de temps, basada en l'observació recent de ruptura espontània de la simetria de translació temporal en les fluctuacions de sistemes de moltes partícules.

Aquestes transicions de fase dinàmiques apareixen en l'espai de trajectòries, quan es condiciona a un sistema físic a realitzar una fluctuació rara (o improbable) de certs observables, com ara el corrent de partícules.

Usant eines d'anàlisi espectral, els científics han demostrat inequívocament la relació entre aquestes i els vidres de temps. Curiosament, aquests esdeveniments rars es poden convertir en típics mitjançant una transformació de la dinàmica microscòpica de les partícules, que es pot interpretar en termes de la dinàmica original complementada amb un camp extern intel·ligent.

Això permet que aquest comportament de vidre temporal, que abans era molt improbable, pugui ser aprofitat de forma pràctica.

Basant-se en aquestes observacions, els investigadors han proposat un model de fluid fora de l'equilibri que presenta una transició de fase de tipus vidre de temps, que trenca la simetria de translació temporal i mostra rigidesa, moviment periòdic coherent robust i ordre espaciotemporal de llarg abast.

En aquest treball també es discuteix com crear aquests cristalls de temps en el laboratori a partir de fluids col·loïdals en trampes òptiques i sota camps d'empaquetament externs generats amb pinces òptiques.