La naturaleza funciona a diferentes ritmos, desde los cambios estacionales causados por la órbita de la Tierra alrededor del Sol hasta el tictac preciso de los relojes. Estos fenómenos a menudo pueden describirse mediante leyes matemáticas simples. Sin embargo, la naturaleza también exhibe otro tipo de orden que surge espontáneamente, independientemente de los cronómetros externos. Este fascinante evento se llama «cristal del tiempo». Una investigación reciente en TU Wien en Viena ha revelado una comprensión innovadora de cómo se pueden formar cristales de tiempo a través de mecanismos no reconocidos previamente por los científicos.
Tradicionalmente, los investigadores creían que las correlaciones cuánticas entre partículas obstaculizarían la formación de cristales de tiempo, pero cálculos recientes sugieren que estas correlaciones en realidad podrían servir para estabilizar tales patrones. Este descubrimiento arroja nueva luz sobre cómo se manifiesta el comportamiento colectivo en sistemas cuánticos con muchas partículas.
El concepto de cristales de tiempo es paralelo al de cristales espaciales. Durante el proceso de congelación, las partículas líquidas pasan de un estado desordenado a un estado ordenado. Inicialmente, las partículas en un líquido se mueven libremente y sin ningún patrón discernible. Sin embargo, una vez que el líquido se solidifica, estas partículas se asientan en posiciones específicas, creando una forma cristalina estructurada. Mientras que un líquido es homogéneo en todas las direcciones, un cristal sólido esencialmente presenta una simetría rota, revelando diferentes orientaciones.
Surge la pregunta: ¿puede un sistema cuántico que se comporta uniformemente a lo largo del tiempo desarrollar un patrón temporal repetitivo, demostrando una forma de orden que emerge claramente con el tiempo? Esta investigación ha fascinado a los físicos cuánticos durante más de una década.
Felix Russo, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica de Viena, que realiza la investigación para su tesis, señala la importancia de esta exploración. Ya se sabía que los cristales de tiempo eran posibles; representan sistemas en los que emerge un ritmo temporal sin influencia externa. Sin embargo, anteriormente se argumentó que tales ritmos autogenerados sólo pueden existir dentro de marcos específicos, como los gases cuánticos cuya dinámica puede analizarse utilizando valores promedio, dejando de lado la aleatoriedad inherente de los fenómenos cuánticos.
En su reciente investigación, Russo y sus colegas revocaron esta idea y demostraron que las correlaciones cuánticas entre partículas –consideradas obstáculos para la formación de cristales de tiempo– pueden en realidad facilitar la formación de fases cristalinas de tiempo. La compleja interactividad entre partículas conduce a un comportamiento colectivo que no puede explicarse únicamente considerando partículas individuales. Este concepto es paralelo a la forma en que se pueden formar los anillos de humo como resultado de interacciones complejas, evocando un ritmo que no surge de fuentes externas y que no puede entenderse completamente mediante el examen de partículas de humo individuales.
La investigación se centra en particular en una red bidimensional de partículas que se mantiene en su lugar mediante rayos láser. Los hallazgos indican que el estado de esta red comienza a oscilar debido a las interacciones cuánticas entre las partículas involucradas. Se espera que esta apasionante línea de investigación avance en la comprensión de los sistemas cuánticos multicuerpo, allanando potencialmente el camino para tecnologías cuánticas innovadoras y técnicas de medición avanzadas que requieren alta precisión.
