Cristais do tempo saem do ambiente quântico rumo ao nosso mundo clássico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/10/2021

Este é o primeiro cristal de tempo aberto ao ambiente.
[Imagem: Hans Kebler et al. - 10.1103/PhysRevLett.127.043602]

Cristal de tempo aberto

Um cristal de tempo é uma fase única e exótica da matéria prevista pela primeira vez pelo físico Frank Wilczek, em 2012.

Os cristais de tempo são análogos temporais dos cristais convencionais, já que ambos são baseados em padrões repetitivos. A diferença é que os cristais comuns são padrões de átomos ou moléculas que se repetem no espaço 3D, enquanto os cristais de tempo são caracterizados por mudanças ao longo do tempo que ocorrem em um padrão definido - acredita-se que eles possam até mesmo sobreviver ao fim do Universo.

Sua curta história já lhes valeu diversas descrições que incluíram "bobagem", "curiosidade teórica", "impossibilidade prática" e outras, até que eles foram demonstrados experimentalmente e, mais recentemente, filmados.

Agora, Hans Kebler e colegas da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, conseguiram finalmente construir um cristal de tempo "aberto", ou seja, em contato com o ambiente, diferente dos experimentos anteriores, todos baseados em sistemas quânticos altamente isolados e livres de interferências.

"Até agora, os cristais de tempo que foram demonstrados por vários grupos exigiam um isolamento cuidadoso do ambiente, uma vez que a dissipação tem o efeito indesejável de 'derreter' esses cristais de tempo," disse Kebler. "O detalhe único sobre o cristal de tempo em nossa configuração de cavidade atômica é seu papel positivo na prevenção da dissipação, já que ele ajuda a estabilizar a dinâmica do sistema. A demonstração da ordem cristalina de tempo em um sistema aberto é, portanto, a conquista mais importante do nosso estudo."

A equipe já está planejando construir um cristal de tempo não apenas aberto, mas também contínuo, o que significa que ele poderá oscilar mesmo na ausência de um "relógio" marcador dos passos da transição de fase.

Duas equipes comprovaram que os cristais de tempo podem ser descritos pela física clássica.
[Imagem: Andrea Pizzi et al. - 10.1103/PhysRevB.104.094308 e Bingtian Ye et al. - 10.1103/PhysRevLett.127.140603]

Cristal de tempo do mundo clássico

Mas há outra novidade na área, mostrando que podemos esperar muito mais no campo dos cristais de tempo.

Desde que começaram a levar o assunto a sério, os físicos haviam concordado que os cristais de tempo seriam resultado de um genuíno efeito quântico de não-equilíbrio.

No entanto, ao empregar simulações numéricas em grande escala, duas equipes independentes descobriram que certos tipos de cristais de tempo, conhecidos como pré-termais, podem ser descritos usando equações puramente clássicas de movimento.

As simulações mostram que os sistemas de muitos corpos de spins clássicos exibem todas as características básicas dos cristais de tempo quânticos, indicando que os cristais de tempo pré-termal são um efeito clássico.

A descoberta indica que uma descrição baseada unicamente na física clássica pode ser suficiente para descrever esses cristais de tempo e, mais do que isso, indica que eles podem ser criados experimentalmente fora dos aparatos muito restritivos usados até agora, que envolvem spins de núcleos atômicos, íons aprisionados ou átomos ultrarresfriados.

As duas equipes descobriram que as interações de curto alcance - pelas quais cada spin interage apenas com os spins próximos - são suficientes para que os cristais de tempo permaneçam estáveis em duas ou três dimensões. E interações de curto alcance podem ser mais facilmente controladas experimentalmente do que as interações de longo alcance.

Além do mais, a correspondência clássica promete guiar os pesquisadores no desenvolvimento de um quadro teórico simples dos cristais do tempo, permitindo-lhes, em última análise, prever e controlar o comportamento cristalino do tempo em diversas plataformas experimentais - eventualmente alguma que permita que nossos "olhos clássicos" vejam um cristal do tempo "desdobrando-se" nessa transição de fase recém-saída da cabeça de um físico criativo.

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