Os cientistas fizeram um avanço significativo no campo da física quântica ao produzir um cristal do tempo com uma vida útil milhões de vezes maior do que a alcançada anteriormente. Esta descoberta valida a previsão teórica dos cristais do tempo feita pelo ganhador do Nobel Frank Wilczek em 2012, demonstrando o comportamento periódico em um sistema sem influência externa periódica.
Os pesquisadores prolongaram com sucesso a vida útil dos cristais do tempo, confirmando um conceito teórico proposto por Frank Wilczek. Isso marca um avanço significativo na física quântica.
Uma equipe da Universidade TU Dortmund conseguiu recentemente produzir um cristal do tempo altamente durável que viveu milhões de vezes mais do que poderia ser demonstrado em experimentos anteriores. Ao fazê-lo, corroboraram um fenómeno extremamente interessante que o prémio Nobel Frank Wilczek postulou há cerca de dez anos e que já tinha chegado aos filmes de ficção científica. Os resultados foram agora publicados em Física da Natureza.
Conquista inovadora na pesquisa do Time Crystal
Cristais ou, para ser mais preciso, cristais no espaço, são arranjos periódicos de átomos em grandes escalas de comprimento. Este arranjo confere aos cristais uma aparência fascinante, com facetas lisas como nas pedras preciosas.
Como a física muitas vezes trata o espaço e o tempo no mesmo nível, por exemplo na relatividade especial, Frank Wilczek, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e vencedor do Prêmio Nobel de Física, postulou em 2012 que, além para os cristais no espaço, também deve haver cristais no tempo. Para que este seja o caso, disse ele, uma das suas propriedades físicas teria que começar espontaneamente a mudar periodicamente no tempo, mesmo que o sistema não experimente a interferência periódica correspondente.
O que parece uma chama é a medição do novo cristal do tempo: cada ponto corresponde a um valor experimental, resultando em diferentes visões da dinâmica periódica da polarização do spin nuclear do cristal do tempo. Crédito: Alex Greilich/TU Dortmund University
Compreendendo os Cristais do Tempo
O fato de tais cristais do tempo serem possíveis foi objeto de debate científico controverso por vários anos – mas chegou rapidamente ao cinema: por exemplo, um cristal do tempo desempenhou um papel central no filme Avengers: Endgame (2019) da Marvel Studios. De 2017 em diante, os cientistas conseguiram, em algumas ocasiões, demonstrar um potencial cristal do tempo.
Dr. Alex Greilich trabalha no foco de pesquisa de Matéria Condensada do Departamento de Física da Universidade TU Dortmund. Crédito: Universidade TU Dortmund
No entanto, estes eram sistemas que – ao contrário da ideia original de Wilczek – são submetidos a uma excitação temporal com uma periodicidade específica, mas depois reagem com outro período duas vezes mais longo. Um cristal que se comporta periodicamente no tempo, embora a excitação seja independente do tempo, ou seja, constante, só foi demonstrado em 2022 num condensado de Bose-Einstein. No entanto, o cristal viveu apenas alguns milissegundos.
Um salto no tempo Longevidade do cristal
Os físicos de Dortmund liderados pelo Dr. Alex Greilich projetaram agora um cristal especial feito de arsenieto de índio e gálio, no qual os spins nucleares atuam como um reservatório para o cristal do tempo. O cristal é continuamente iluminado de modo que uma polarização de spin nuclear se forma através da interação com os spins dos elétrons. E é precisamente esta polarização do spin nuclear que gera oscilações espontaneamente, equivalentes a um cristal de tempo.
O estado das experiências neste momento é que a vida útil do cristal é de pelo menos 40 minutos, o que é dez milhões de vezes mais longo do que foi demonstrado até à data, e poderia potencialmente viver muito mais tempo.
É possível variar o período do cristal em amplas faixas, alterando sistematicamente as condições experimentais. Contudo, também é possível avançar para áreas onde o cristal “derrete”, ou seja, perde a sua periodicidade. Essas áreas também são interessantes, pois se manifestam então comportamentos caóticos, que podem ser mantidos por longos períodos de tempo. Esta é a primeira vez que os cientistas conseguem usar ferramentas teóricas para analisar o comportamento caótico de tais sistemas.
Referência: “Cristal robusto de tempo contínuo em um sistema de spin elétron-nuclear” por A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev e M. Bayer, 24 de janeiro de 2024, Física da Natureza.
DOI: 10.1038/s41567-023-02351-6
