Teorizzata una struttura di cristallo temporale che non ha bisogno di stimolazione esterna

A differenza dei cristalli di tempo che sono stati creati fino ad oggi, quelli composti con questa struttura non richiederebbero l'applicazione di uno stimolo esterno per mantenere il controllo degli atomi.

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Un particolare tipo di cristalli temporali

È stato teorizzato un nuovo tipo di cristallo temporale che potrebbe rivoluzionare il potenziale di queste affascinanti strutture. A differenza dei cristalli di tempo che sono stati creati fino ad oggi, non richiederebbe l’applicazione di uno stimolo esterno per mantenere il controllo degli atomi.

Un cristallo temporale è una struttura che si ripete periodicamente nel tempo, così come un normale cristallo tridimensionale si ripete periodicamente nello spazio. Quindi questo è un sistema che si modifica costantemente nel tempo ma torna sempre nella configurazione iniziale alla fine di un periodo. Il cristallo temporale è un nuovo tipo di materia detta “non-equilibrium matter“, che ha la peculiarità di non raggiungere mai l’equilibrio termico, dimostrando stabilità e resilienza alle perturbazioni.

Il metodo si basa sull’indurre particelle intrappolate per influenzare le reciproche ‘spin’ (una proprietà come il momento angolare) a distanza. Ma per capire i dettagli di questo ultimo approccio, dobbiamo prima fare un passo indietro.

I cristalli di tempo possono sembrare un concetto stravagante di fantascienza, ma sono un vero fenomeno, teorizzato per la prima volta nel 2012. Dall’esterno, sembrano proprio cristalli normali. Ma all’interno, gli atomi – disposti in una struttura reticolare ripetuta altrimenti normale – si comportano in modo abbastanza singolare.

Ad oggi, i cristalli di tempo prodotti sperimentalmente hanno richiesto uno stimolo esterno (come un impulso di radiazione elettromagnetica) allo stato fondamentale o allo stato di energia più bassa, per indurre il loro ticchettio. Ciò è stato raggiunto nel 2016, ma da allora si è discusso se ciò si adatta a come immaginiamo un cristallo in tempo reale.

In effetti, è sembrato che i cristalli temporali senza un apporto di energia al suo stato fondamentale siano semplicemente fisicamente impossibili, secondo un documento del 2015. In fisica questo è noto come teorema del non andare.

Ma c’è una notevole eccezione a questo teorema per quanto riguarda i cristalli temporali, ed è ciò che Valerii Kozin, dell’Università dell’Islanda a Reykjavík, e Oleksandr Kyriienko dell’Università di Exeter nel Regno Unito, hanno affrontato il problema.

Quel documento del 2015 presume che le interazioni tra le particelle si indeboliscano a distanza. Questo è in realtà un presupposto abbastanza equo: ad esempio, pensare alle forze magnetiche o gravitazionali la cui azione si indebolisce con la distanza.

Ma c’è un’utile eccezione. Le particelle quantistiche intrecciate hanno una relazione che non si indebolisce con la distanzaMisurare lo spin di una particella determinerà immediatamente lo spin del suo partner impigliato, non importa quanto sia lontano.

Secondo i fisici, nel tempo, i cristalli con tale interazione a distanza potrebbero teoricamente produrre uno stato fondamentale del cristallo temporale che non necessita di iniezione di energia.

Nel nuovo studio, propongono un sistema di particelle all’interno del cristallo temporale, ognuna delle quali ha una rotazione. Dimostrano che esiste un modo per descrivere gli spin delle particelle intrecciate usando un modello di teoria delle stringhe che soddisfa la definizione del 2015 di cristallo temporale.

Anche se le particelle ruotassero fuori sincrono, le interazioni tra le particelle produrrebbero il ticchettio di un cristallo temporale, secondo i ricercatori.

Ora, questo sistema sarebbe incredibilmente complicato, con ogni particella in grado di ruotare in sovrapposizione, cioè in uno stato indeterminato di su e giù allo stesso tempo.

In effetti, potrebbe non essere possibile creare tutto in un ambiente di laboratorio. Intrappolare le particelle in questo modo è un’idea che funziona bene sulla carta, ma è improbabile che sia facilmente realizzabile praticamente.

Ma i cristalli di tempo stessi erano un’idea abbastanza ardita quando furono proposti per la prima volta. Il futuro potrebbe ancora sorprenderci.

La ricerca è stata pubblicata in Physical Review Letters.