Para la mayoría de las personas, los cristales significan diamantes brillantes, gemas semipreciosas o tal vez la amatista irregular o los cristales de cuarzo amados por los coleccionistas.
Para Norman Yao, estos cristales inertes son la punta del iceberg.
Si los cristales tienen una estructura atómica que se repite en el espacio, como la red de carbono de un diamante, ¿por qué los cristales tampoco pueden tener una estructura que se repite en el tiempo? Es decir, ¿un cristal de tiempo?
En un artículo publicado en línea la semana pasada en la revista Cartas de revisión física , la Universidad de California, profesor asistente de física de Berkeley describe exactamente cómo hacer y medir las propiedades de dicho cristal, e incluso predice cuáles deberían ser las diversas fases que rodean el cristal de tiempo, similar a las fases líquida y gaseosa dehielo.
Esto no es mera especulación. Dos grupos siguieron el modelo de Yao y ya crearon los primeros cristales. Los grupos de la Universidad de Maryland y la Universidad de Harvard informaron sus éxitos, utilizando dos configuraciones totalmente diferentes, en documentos publicados en línea el año pasado, y he enviado los resultados para su publicación. Yao es coautor de ambos documentos.
Los cristales de tiempo se repiten en el tiempo porque son pateados periódicamente, algo así como tocar gelatina repetidamente para hacer que se mueva, dijo Yao. El gran avance, argumenta, es menos que estos cristales en particular se repitan en el tiempo de lo que sonel primero de una gran clase de nuevos materiales que están intrínsecamente fuera de equilibrio, incapaces de establecerse en el equilibrio inmóvil de, por ejemplo, un diamante o rubí.
"Esta es una nueva fase de materia, punto, pero también es realmente genial porque es uno de los primeros ejemplos de materia de no equilibrio", dijo Yao. "Durante el último medio siglo, hemos estado explorando el equilibriomateria, como metales y aislantes. Recién estamos comenzando a explorar un panorama completamente nuevo de materia de no equilibrio ".
Si bien Yao es difícil imaginar un uso para un cristal de tiempo, otras fases propuestas de materia de no equilibrio en teoría son prometedoras como recuerdos casi perfectos y pueden ser útiles en computadoras cuánticas.
una cadena de iterbio
El cristal de tiempo creado por Chris Monroe y sus colegas en la Universidad de Maryland emplea una línea de conga de 10 iones de iterbio cuyos electrones interactúan, de forma similar a los sistemas qubit que se prueban como computadoras cuánticas. Para mantener los iones fuera de equilibrio, elLos investigadores los golpearon alternativamente con un láser para crear un campo magnético efectivo y un segundo láser para voltear parcialmente los espines de los átomos, repitiendo la secuencia muchas veces. Debido a que los espines interactuaron, los átomos se establecieron en un patrón estable y repetitivo de giro de giro quedefine un cristal.
Los cristales de tiempo fueron propuestos por primera vez en 2012 por el premio Nobel Frank Wilczek, y el año pasado los físicos teóricos de la Universidad de Princeton y la Estación Q de Santa Bárbara de la Universidad de California probaron de forma independiente que tal cristal podría fabricarse. Según Yao, el grupo de UC Berkeley era "elpuente entre la idea teórica y la implementación experimental "
Desde la perspectiva de la mecánica cuántica, los electrones pueden formar cristales que no coinciden con la simetría de traducción espacial subyacente de la matriz ordenada y tridimensional de átomos, dijo Yao. Esto rompe la simetría del material y conduce a propiedades únicas y establesdefinimos como un cristal.
Un cristal de tiempo rompe la simetría del tiempo. En este caso particular, el campo magnético y el láser que controlan periódicamente los átomos de iterbio producen una repetición en el sistema al doble del período de los controladores, algo que no ocurriría en un sistema normal.
"¿No sería súper extraño si agitaras el Jell-O y descubrieras que de alguna manera respondió en un período diferente?", Dijo Yao. "Pero esa es la esencia del cristal del tiempo. Tienes un controlador periódico que tieneun período 'T', pero el sistema se sincroniza de alguna manera para que observe que el sistema oscila con un período que es mayor que 'T' ".
Yao trabajó estrechamente con Monroe mientras su equipo de Maryland fabricaba el nuevo material, ayudándoles a enfocarse en las propiedades importantes a medir para confirmar que el material era en realidad un cristal de tiempo estable o rígido. Yao también describió cómo el cristal de tiempo cambiaría de fase, como un cubo de hielo derritiéndose, bajo diferentes campos magnéticos y pulsos láser.
El equipo de Harvard, dirigido por Mikhail Lukin, estableció su cristal de tiempo utilizando centros de vacantes de nitrógeno densamente empaquetados en diamantes.
"Tales resultados similares logrados en dos sistemas muy dispares subrayan que los cristales de tiempo son una nueva fase amplia de la materia, no simplemente una curiosidad relegada a sistemas pequeños o estrechamente específicos", escribió Phil Richerme, de la Universidad de Indiana, en una pieza de perspectiva que acompañael artículo publicado en Physical Review Letters. "La observación del cristal de tiempo discreto ... confirma que la ruptura de la simetría puede ocurrir esencialmente en todos los reinos naturales, y despeja el camino a varias nuevas vías de investigación".
Yao continúa su propio trabajo en cristales de tiempo mientras explora la teoría detrás de otros materiales novedosos pero aún no realizados de no equilibrio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :