Savanţii au descoperit o nouă fază a materiei: cristalele de timp

Două cercetări paralele şi independente au dezvăluit că au reuşit să creeze şi să măsoare aceste cristale bizare în laborator, confirmând existenţa unei faze a materiei rămasă necunoscută până acum, relatează Business Insider.

Descoperirea poate părea abstractă, dar deschide calea unei noi ere în fizică – până acum s-a studiat numai materia ca fiind numai în „echilibru”, adică în starea de nemişcare, fără fluctuaţii în timp. Aceste cristale sunt structuri care se mişcă şi atunci când au cea mai scăzută fază de energie – faza statică.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Prima dată au fost prezise de câştigătorul premiului Nobel din 2012, fizicianul Frank Wilczek. De obicei, când un material se găseşte în starea de nemişcare, în punctul 0 de energie al sistemului, este teoretic imposibil ca structura acestuia să se mişte sau să se modifice.

Cristalele normale au o structură atomică ce se repetă în spaţiu – precum reţeaua de carbon a diamantului. Dar aceasta este în echilibru şi rămâne astfel nemişcată. Cristalele de timp au o structură care se repetă în timp, nu doar în spaţiu, oscilând în starea normală.

Cristalele acestea se comportă precum jeleul, la atingere, încep să se mişte, diferenţa este că în cazul cristalelor de timp nu este nevoie de un factor extern sau de energie pentru mişcare, ci aceasta este starea lui naturală – este incapabil să stea nemişcat.

Noul studiu arată că aceste nu sunt doar teoretice, ci şi pot fi create în laborator. Norman Yao de la Universitatea din California, Berkeley, alături de colegii săi, au publicat o lucrare în Physical Review Letters pe care Yao o numeşte „podul dintre ideea teoretică şi implementarea experimentală”.

Două studii paralele care ajung la aceeaşi concluzie

Bazate pe această idee au fost efectuate două studii independente: unul la Universitatea Maryland şi altul la Harvard.

Ambele studii au fost anunţate la sfârşitul anului trecut pentru a fi publicate în reviste de specialitate. De asemenea, un lucru promiţător este că cele două echipe au folosit sisteme total diferite bazate pe aceeaşi idee.

Cristalele de timp de la Universitatea Maryland au fost create prin înşiruirea a 10 ioni de yterbiu cu spini de electroni amestecaţi.

Ideea era ca aceşti ioni să nu formeze o stare de echilibru şi pentru a face acest lucru cercetătorii au bombardat înşiruirea cu două lasere. Un laser a creat un câmp magnetic, iar al doilea a schimbat parţial spinul atomilor.

Atomii s-au poziţionat într-o structură stabilă şi repetitivă, caracteristică pentru un cristal, dar era nevoie de depăşirea stării de echilibru pentru a deveni un cristal de timp.

Cercetătorii au observat apoi ceva bizar. Cristalul reacţiona în alt timp faţă de timpul în care era bombardat cu cele două lasere. Yao menţionează că „nu ar fi ciudat dacă ai mişca un jeleu acesta ar reacţiona la o perioadă diferită?”

Cristalul de timp de la Harvard a fost diferit. Cercetătorii au folosit aglomerări de azot în spaţiile libere ale structurii cristalului de diamant.

Phil Richerme de la Universitatea Indiana care nu a fost implicat în acest studiu dezvăluie: „faptul că două sisteme atât de divergente au avut rezultate similare sugerează că aceste cristale de timp sunt o nouă fază a materiei, nu doar ceva redus la sisteme particulare. […] confirmă că depăşirea simetriei poate apărea în toate domeniile naturii şi deschide calea pentru mai multe arii de cercetare”.

Lucrarea ştiinţifică a echipei de la Harvard poate fi accesată aici, iar cea de la Universitatea Maryland aici.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Cristalele spaţiu-timp ar putea exista în realitate. Este posibil ca laureatul premiului Nobel pentru Fizică din 2012 să fi avut dreptate

Unul dintre cele mai rare cristale de pe Pământ a fost descoperit în interiorul meteoritului care a lovit recent Rusia

Cristale uriase, descoperite in desert

Cristale valoroase descoperite in albia unui rau