Criado um cristal do tempo que dura muito tempo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/02/2024

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.
[Imagem: Alex Greilich/TU Dortmund University]

Cristais do tempo

Uma equipe da Universidade Técnica de Dortmund, na Alemanha, conseguiu produzir um cristal do tempo altamente durável, que sobreviveu milhões de vezes mais do que outros cristais do tempo criados até hoje.

Com seu longevo cristal do tempo, a equipe corroborou um fenômeno extremamente interessante que o físico Frank Wilczek postulou há cerca de dez anos, e que já fez seu caminho até os filmes de ficção científica.

Os cristais comuns - ou, para ser mais preciso, os cristais no espaço - são arranjos periódicos de átomos que se repetem 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 de cristais no espaço, também deveria haver cristais no tempo.

Para que cristais do tempo fossem mesmo realidade, propôs Wilczek, uma das suas propriedades físicas teria que começar espontaneamente a mudar periodicamente no tempo, mesmo que o sistema não experimentasse a interferência periódica correspondente - ou seja, sem que nada externo forçasse o cristal a se modificar.

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.

Os cristais do tempo oferecem uma nova rota para a computação quântica.
[Imagem: S. Autti et al. - 10.1038/s41467-022-30783-w]

Cristais do tempo na realidade

De 2017 em diante, os cientistas conseguiram demonstrar um potencial cristal do tempo sob algumas condições especiais. No entanto, aqueles eram sistemas que - ao contrário da ideia original de Wilczek - são submetidos a uma excitação temporal com uma periodicidade específica, e depois reagem com outro período duas vezes mais longo.

Mas logo a seguir, em 2019, se demonstrou que um cristal do tempo pode existir sem qualquer força externa; em 2021 um cristal do tempo foi filmado pela primeira vez, eles finalmente começaram a sair dos ambientes controlados dos experimentos quânticos e um deles até foi criado dentro de um processador quântico.

Mas o cristal do tempo "definitivo", que se comporta periodicamente no tempo, embora a excitação seja independente do tempo, ou seja, constante, só foi demonstrado em 2022 em um condensado de Bose-Einstein. No entanto, o cristal viveu apenas alguns milissegundos - pela teoria um cristal do tempo pode até mesmo sobreviver ao fim do Universo.

A novidade mais recente na área é um cristal do tempo que amplifica a luz.
[Imagem: Xuchen Wang/Aalto University]

Cristal do tempo duradouro

Agora, Alex Greilich e seus colegas projetaram um cristal especial feito de arsenieto de índio e gálio, no qual os spins nucleares funcionam 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, gerando o cristal de tempo.

Os experimentos relatados até agora pela equipe mostram que a vida útil do cristal do tempo é de pelo menos 40 minutos, o que é 10 milhões de vezes mais longo do que foi demonstrado anteriormente - mas ele potencialmente pode viver muito mais tempo.

É possível variar o período do cristal em amplas faixas, alterando sistematicamente as condições experimentais. No entanto, também é possível mover-se para áreas onde o cristal "derrete", ou seja, perde a sua periodicidade.

Mas mesmo quando o cristal do tempo derrete ele traz algo interessante, já que ele então manifesta comportamentos caóticos, que podem ser mantidos por longos períodos de tempo.

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