Cristais do tempo: novo estado da matéria é mais simples do que se pensava

Uma nova fase da matéria conhecida como “cristal do tempo” (DRCs, da sigla em inglês), até então considerada compreensível apenas através das leis da física quântica, pode ser estudada com métodos muito mais simples. Essa foi a descoberta de pesquisadores da Universidade de Cambridge, que usaram modelagem por computador para estudar essa estranha fase potencial da matéria.

• Partículas violam as leis da física e apresentam um novo estado de matéria
• Átomos de espelho são "congelados" e chegam perto do estado fundamental quântico
• Quinta força fundamental descoberta? Saiba tudo sobre novo experimento com múons

Os cristais do tempo foram previstos primeiro em 2012, refutados, e então confirmados em 2016. Compreendê-los é importante para o controle de sistemas que podem ser aplicados em simulações de redes quânticas. Mas a tarefa não é fácil. Os cientistas esperavam encontrar esse estado apenas em ambientes controlados, mas em 2018 ele apareceu em kits infantis — aqueles feitos para crianças brincarem de cientista, fazendo soluções químicas simples em tubos de ensaio.

Esse tipo de cristal, além de quebrar a simetria de translação do espaço com uma estrutura diferente em diferentes lugares no espaço (característica comum dos cristais), também quebram uma simetria de translação temporal. Em outras palavras, os cristais normais têm átomos dispostos em uma estrutura fixa, com padrões que podem ser repetidos no espaço, mas sem se mover muito. Por isso não se repetem no tempo. Nos DRCs, os átomos estão oscilando, girando primeiro em uma direção e depois em outra.

O fenômeno ocorre quando os átomos estão expostos a um pulso eletromagnético que gira seus spins, o que muda a estrutura dos padrões a cada “empurrão”. “Você pode pensar nisso como um pai empurrando uma criança no balanço de um parquinho”, disse Andrea Pizzi, principal autor do estudo. "O pai empurra a criança, a criança vai balançar para trás e o pai, então, empurra-a novamente. [...] Mas se vários balanços estivessem no mesmo playground, e se as crianças neles estivessem segurando as mãos, o sistema se tornaria muito mais complexo e comportamentos muito mais interessantes e menos óbvios surgiriam”.

Agora, Pizzi e seus colegas descobriram que não é preciso abordagens quânticas muito complicadas para compreender os DRCs, embora eles próprios sejam um tanto “bizarros”. Essa é uma ótima notícia, pois os pesquisadores podem simular esses fenômenos de uma forma muito mais abrangente, pela física clássica. Por exemplo, eles poderiam simular esse estado da matéria em cenários mais relevantes para os experimentos, como em duas ou três dimensões.

Com o novo método, os cientistas podem “olhar para sistemas maiores”, de acordo com Pizzi, o que “torna muito claro o que está acontecendo”. Ele espera que sua pesquisa estabeleça a mecânica hamiltoniana (reformulação da mecânica clássica elaborada em 1833) seja estabelecida como “abordagem adequada para simulações em grande escala de sistemas complexos de muitos corpos e abra novos caminhos no estudo de fenômenos de não-equilíbrio, dos quais DTCs são apenas um exemplo".

Os cristais de tempo, se compreendidos corretamente, poderiam ser usados ​​para melhorar nossa tecnologia atual de relógio atômico e de sistemas que dependem desse tipo de relógio, além dos giroscópios, GPS, e poderia ser útil até mesmo em experimentos de emaranhamento quântico.

Fonte: Phys.org, Science Alert