Os cientistas fizeram um grande avanço no campo da física quântica ao produzir um cristal do tempo com uma vida útil milhões de vezes maior do que a alcançada anteriormente. Esta descoberta confirma a previsão teórica dos cristais do tempo feita pelo ganhador do Nobel Frank Wilczek em 2012, demonstrando o comportamento periódico em um sistema sem influência externa periódica.
Os pesquisadores conseguiram prolongar a vida útil dos cristais do tempo, confirmando o conceito teórico proposto por Frank Wilczek. Isso representa um importante avanço na física quântica.
Uma equipe da Universidade TU Dortmund conseguiu recentemente produzir um cristal do tempo extremamente durável que vive milhões de vezes mais do que poderia ser demonstrado em experimentos anteriores. Ao fazê-lo, confirmaram um fenómeno muito interessante, postulado pelo prémio Nobel Frank Wilczek há cerca de dez anos e que já encontrou o seu caminho nos filmes de ficção científica. Os resultados foram agora publicados em Física da natureza.
Uma conquista pioneira na pesquisa do cristal do tempo
Os cristais, ou mais precisamente, os cristais no espaço, são arranjos periódicos de átomos em grandes escalas de comprimento. Este arranjo confere aos cristais sua aparência requintada, 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 ganhador do Nobel de física, levantou a hipótese em 2012 de que, além disso, para cristais no espaço , também deve haver cristais no tempo. Para que isso aconteça, disse ele, uma de suas propriedades físicas deve começar a mudar espontaneamente e periodicamente ao longo do tempo, mesmo que o sistema não sofra interferência periódica semelhante.
O que se assemelha a uma chama é a medição do novo cristal do tempo: cada ponto corresponde a um valor experimental, levando a diferentes visões da dinâmica periódica da polarização do spin nuclear do cristal do tempo. Fonte da imagem: Alex Grealish/TU Dortmund
Compreendendo os cristais do tempo
A possibilidade da existência de tais cristais do tempo tem sido objeto de debate científico controverso há vários anos – mas rapidamente chegou aos cinemas: por exemplo, o cristal do tempo desempenhou um papel central no filme Avengers: Endgame (2019) da Marvel Studios. A partir de 2017, os cientistas já conseguiram em algumas ocasiões demonstrar um possível cristal do tempo.
Dr. Alex Grealish trabalha no Centro de Pesquisa de Matéria Condensada do Departamento de Física da TU Dortmund. Crédito: TU Dortmund
No entanto, estes sistemas – ao contrário da ideia original de Wilczek – foram submetidos a excitação temporal com uma periodicidade específica, mas depois reagiram com outro período duas vezes mais longo. Um cristal que se comporta periodicamente com o tempo, embora a excitação seja independente do tempo, ou seja, constante, só foi demonstrado em 2022 em um condensador de Bose-Einstein. No entanto, o cristal viveu apenas alguns milissegundos.
Salto no tempo, longevidade do cristal
Os físicos de Dortmund liderados pelo Dr. Alex Grelich projetaram agora um cristal especial feito de arsenieto de índio e gálio, no qual os spins nucleares atuam como um reservatório para o cristal do tempo. O cristal é continuamente iluminado de modo que a polarização do spin nuclear é formada pela interação com o spin do elétron. É precisamente esta polarização do spin nuclear que gera oscilações espontaneamente, o equivalente a um cristal de tempo.
O estado das experiências neste momento é que o cristal tem uma vida útil de pelo menos 40 minutos, o que é 10 milhões de vezes mais longo do que o que foi comprovado até agora, e provavelmente viverá muito mais tempo.
É possível variar o período de cristalização em grandes escalas alterando sistematicamente as condições experimentais. Porém, também é possível deslocar-se para áreas onde o cristal “derrete”, ou seja, perde a periodicidade. Essas regiões também são interessantes, pois surge então um comportamento caótico, que pode ser mantido por longos períodos de tempo. Esta é a primeira vez que os cientistas conseguem usar ferramentas teóricas para analisar o comportamento caótico de tais sistemas.
Referência: “Forte cristal de tempo contínuo no sistema de spin do elétron nuclear” por A. Greilich, NE Kopteva, AN Kamenskii, PS Sokolov, VL Korenev e M. Bayer, 24 de janeiro de 2024, Física da natureza.
doi: 10.1038/s41567-023-02351-6