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É oficial: cristais do tempo são um novo estado da matéria e nós podemos criá-los

Sim, podemos oficialmente fazer e medir cristais do tempo.
Depois de um bom planejamento, físicos conseguiram criar esse estado bizarro da matéria, com uma estrutura atômica que se repete não apenas no espaço, mas no tempo, permitindo-lhes manter oscilação constante sem energia.
Duas equipes de pesquisa separadas conseguiram fabricar os cristais, e agora ambos os experimentos passaram com sucesso pela revisão por pares.
Os artigos foram publicados na revista Nature, colocando o fenômeno “impossível” diretamente no reino da realidade.

Novo estado

Os cristais do tempo são uma das coisas mais legais que a física tem teorizado nos últimos anos, porque aponta para um novo mundo da matéria.
Durante décadas, estudamos a matéria, como metais e isoladores, sempre em “equilíbrio” – um estado onde todos os átomos têm a mesma quantidade de calor.
Os cristais do tempo são o primeiro exemplo de um estado de não equilíbrio. Primeiro propostos pelo físico-matemático vencedor do Nobel Frank Wilczek, em 2012, eles parecem ter movimento mesmo em seu estado de energia mais baixo, conhecido como estado fundamental.
Normalmente, quando um material entra em seu estado fundamental – também referido como energia de ponto zero de um sistema – o movimento, teoricamente, seria impossível, porque exigiria que ele gastasse energia.

O problema da simetria

Wilczek vislumbrou um objeto que poderia alcançar um movimento eterno em seu estado fundamental, trocando periodicamente o alinhamento de átomos no seu interior.
Isso não é como uma máquina de movimento perpétuo, porque há energia zero no sistema. Mas a hipótese inicialmente parece improvável por outra razão.
O sistema quebra um dos pressupostos mais fundamentais da nossa compreensão atual da simetria, que afirma que as leis da física são as mesmas em todos os lugares e em todos os momentos. Por exemplo, é impossível virar uma moeda em um momento e ter a probabilidade de dar cara ou coroa em 50/50, mas na próxima vez que você a vira, as probabilidades são subitamente 70/30.
Já certos objetos podem quebrar essa simetria em seu estado fundamental, sem violar as leis da física. Considere um ímã com uma extremidade norte e uma sul- isso significa que ele não é o “mesmo” em ambas as extremidades, ou seja, é naturalmente assimétrico.
Outro exemplo de objeto físico com um estado fundamental assimétrico é o cristal. Os cristais são conhecidos por seus padrões estruturais de repetição, mas os átomos dentro deles têm posições “preferidas” dentro dessa rede. Assim, dependendo de onde você observa um cristal no espaço, ele parece diferente – as leis da física não são mais simétricas, porque não se aplicam igualmente a todos os pontos no espaço.

Cristal do tempo

Com isso em mente, Wilczek propôs que poderia ser possível criar um objeto que atingisse um estado fundamental assimétrico não através do espaço, como cristais ou ímãs comuns, mas através do tempo.
Em outras palavras, os átomos poderiam preferir estados diferentes em intervalos diferentes de tempo?
Avançando rapidamente alguns anos, pesquisadores mostraram que isso poderia ser possível, com um grande ajuste à proposta de Wilczek – a fim de fazer os cristais do tempo trocarem de estado no tempo, eles precisavam dar um “empurrãozinho”.

Os experimentos

Duas equipes separadas de pesquisadores, uma liderada pela Universidade de Maryland e outra pela Universidade de Harvard, ambas nos EUA, aproveitaram os estudos anteriores sobre o assunto para tentar criar duas versões diferentes de um cristal do tempo.
Os cristais da Universidade de Maryland foram criados usando uma linha de 10 íons de itérbio, todos com elétrons emaranhados. A chave para transformar essa configuração em um cristal do tempo foi manter os íons fora do equilíbrio, e para fazer isso os pesquisadores alternadamente os atingiram com dois lasers. Um criou um campo magnético e o segundo parcialmente inverteu os spins dos átomos.
Como os spins de todos os átomos estavam emaranhados, eles se estabeleceram em um padrão estável e repetitivo de rotação que define um cristal, mas fizeram algo realmente estranho para se tornar um cristal do tempo: o padrão de spin no sistema se repetiu com apenas metade da velocidade que os raios do laser.
Já o cristal do tempo de Harvard usou diamantes que tinham sido carregados com tantas impurezas de nitrogênio que ficaram pretos. A rotação dessas impurezas foi capaz de ser manipulada como a rotação dos íons de itérbio na experiência de Maryland.

Aplicação

Agora que sabemos que coisas como os cristais do tempo realmente são possíveis, é hora de fazer mais deles, e usá-los.
Uma das aplicações mais promissoras para os cristais do tempo é a computação quântica – eles poderiam permitir que os físicos criassem sistemas quânticos estáveis em temperaturas muito mais altas do que podem ser alcançadas agora, o que pode ser o impulso que precisamos para finalmente tornar a computação quântica uma realidade. [ScienceAlert]

William Silva

William Silva

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