Uma equipe da Universidade TU Dortmund conseguiu recentemente produzir um cristal do tempo altamente durável que viveu milhões de vezes mais do que poderia ser demonstrado em experimentos anteriores. Ao fazê-lo, corroboraram um fenómeno extremamente interessante que o prémio Nobel Frank Wilczek postulou há cerca de dez anos e que já tinha chegado aos filmes de ficção científica.



Os resultados foram publicados na Nature Physics .

Cristais ou, para ser mais preciso, cristais no espaço, são arranjos periódicos de átomos 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 deve haver cristais no tempo.

Para que isso acontecesse, disse ele, uma de suas propriedades físicas teria que começar espontaneamente a mudar periodicamente no tempo, mesmo que o sistema não sofresse interferência periódica correspondente.

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.

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

Um cristal 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.

Os físicos de Dortmund liderados pelo Dr. Alex Greilich 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 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, equivalentes a um cristal de tempo.

O estado das experiências neste momento é que a vida útil do cristal é de pelo menos 40 minutos, o que é 10 milhões de vezes mais longo do que foi demonstrado até à data, e poderia potencialmente 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.

Essas áreas também são interessantes, pois se manifestam então comportamentos caóticos, que podem ser mantidos 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.

Mais informações: A. Greilich et al, Cristal robusto de tempo contínuo em um sistema de spin elétron-nuclear, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02351-6
Informações do diário: Física da Natureza

Fornecido pela TU Dortmund University