Científicos estadounidenses desarrollan los cristales de tiempo, una nueva forma de materia

• El movimiento de sus átomos no se basa en patrones espaciales, sino temporales
• Abre la puerta "a un mundo completamente nuevo de fases de no equilibrio"
• Podrían resultar útiles para gestionar información en ordenadores cuánticos

Los átomos en un cristal de tiempo nunca se establecen en lo que se conoce como equilibrio térmico.

La sal, los copos de nieve y los diamantes son todos cristales, lo que significa que sus átomos están dispuestos en patrones tridimensionales que se repiten. Un equipo de científicos informa en la revista Nature sobre la creación de una fase de materia, llamada cristal de tiempo, en la que los átomos se mueven en un patrón que se repite en el tiempo en lugar de en el espacio.

Los átomos en un cristal de tiempo nunca se establecen en lo que se conoce como equilibrio térmico, un estado en el que todos tienen la misma cantidad de calor. Es uno de los primeros ejemplos de una nueva clase amplia de materia, llamada fase de no equilibrio, que se ha predicho pero hasta ahora ha permanecido inalcanzable. Igual que exploradores entrando en un continente desconocido, los físicos están ansiosos por explorar este nuevo reino exótico.

"Esto abre la puerta a un mundo completamente nuevo de fases de no equilibrio -dice Andrew Potter, profesor asistente de Física en la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos-. Hemos tomado estas ideas teóricas que hemos estado buscando en los últimos dos años y realmente la construimos en el laboratorio, con la esperanza de que sea sólo el primer ejemplo, con muchos más por venir".

Algunas de estas fases de no equilibrio de la materia pueden resultar útiles para almacenar o transferir información en ordenadores cuánticos. Potter es parte del equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Maryland que creó con éxito el primer cristal a partir de iones o átomos cargados eléctricamente, del elemento yterbio o iterbio.

Creación de los cristales de tiempo

Aplicando sólo el campo eléctrico correcto, los científicos hicieron levitar diez de estos iones sobre una superficie como el asistente de un mago. A continuación, golpearon los átomos con un pulso de láser, haciendo que volvieran la cabeza sobre los talones. Luego, los apuntaron de nuevo una y otra vez con un ritmo regular, de forma que se estableció un patrón de volteretas repetido en el tiempo.

De manera significativa, señala Potter, el patrón de volteretas del átomo se repetía sólo la mitad de rápido que los pulsos de láser. Esto sería como golpear un manojo de teclas del piano dos veces por segundo y las notas saliendo sólo una vez por segundo. Este extraño comportamiento cuántico fue una firma que él y sus colegas predijeron y ayudó a confirmar que el resultado era de hecho un cristal de tiempo.

El equipo también está formado por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad de California, en Berkeley, y la Universidad de Harvard, además de la Universidad de Maryland y UT Austin, todas ellas en Estados Unidos.

El físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts Frank Wilczek, premiado con el Premio Nobel,  estaba enseñando una clase sobre los cristales en 2012 cuando se preguntó si una fase de la materia podría crearse de modo que sus átomos se movieran en un patrón que se repitiera en el tiempo, en lugar de sólo en el espacio.

Potter y su colega Norman Yao, de UC Berkeley, crearon una receta para la construcción de un cristal de tiempo y desarrollaron formas de confirmar que, una vez que se construye un cristal, era de hecho auténtica. Ese trabajo teórico se anunció públicamente en agosto pasado y luego se publicó en enero en la revista Physical Review Letters.

Un equipo liderado por Chris Monroe, de la Universidad de Maryland en College Park, construyó un cristal de tiempo, y Potter y Yao ayudaron a confirmar que, de hecho, tenía las propiedades que predijeron. El equipo anunció ese avance -a construcción de un cristal de tiempo de trabajo- el pasado septiembre y su descripción completa está publicada en Nature. Un equipo liderado por Mikhail Lukin, en la Universidad de Harvard, creó un segundo cristal de tiempo un mes después del primer equipo, en ese caso, de un diamante.