Cristais do tempo: como cientistas criaram este novo estado da matéria

A primeira previsão da existência de cristais de tempo é bastante recente, de 2012. Desde então, a ideia foi teorizada, provada falsa, revalidada e finalmente o primeiro cristal do tempo foi criado em 2016.

Enquanto cristais comuns são formados por padrões de átomos que se repetem no espaço, formando uma estrutura com uma geometria específica, os cristais do tempo se repetem através do tempo. Duas equipes das universidades de Maryland e Harvard (EUA) já conseguiram criar esse tipo de cristal, em estudos que foram publicados em revistas como a Physical Review Letter.

Tudo começou em 2012, quando o ganhador do prêmio Nobel Frank Wilczek, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, deu o primeiro passo na transferência das propriedades de cristais comuns – chamadas de quebra de simetria – para criar a ideia dos cristais de tempo.

Quebra de simetria

Para entender o conceito de quebra de simetria, pense em água líquida. Na gota d’água, moléculas são livres para se moverem e podem estar em qualquer parte do líquido. O líquido tem a mesma aparência em qualquer ponto de vista, o que indica que há um alto nível de simetria.

Se a água congela e se transforma em gelo, forças de atração entre as moléculas fazem com que elas se rearranjem em forma de cristal, em que as moléculas ficam espaçadas a intervalos regulares. Essa regularidade significa que o cristal não é tão simétrico quanto o líquido, então a simetria do líquido foi quebrada quando a água congelou.

A quebra da simetria é um dos conceitos mais profundos da física, aparecendo no mecanismo de Higgs, por exemplo.

No começo de seu trabalho com o cristal de tempo, Wilczek ponderou se poderia criar um cristal quebrando a simetria do tempo ao invés do espaço. Este objeto teria uma regularidade de tempo intrínseca, equivalente ao padrão do cristal comum no espaço. O padrão seria uma mudança contínua que se repetiria, como um batimento cardíaco que se repete para sempre.

Moto perpétuo

Para se movimentar para sempre, o cristal funcionaria como um tipo de moto perpétuo, uma máquina que trabalha sem nunca perder a energia. O moto perpétuo não existe pelas leis da física, já que o atrito com o ar, gravidade e outras forças impediriam o movimento em algum momento, mesmo que este momento levasse muito tempo para ser atingido. Por isso, a ideia do físico foi classificada como impossível.

Em 2015 um grupo de físicos teóricos mostraram que o movimento perpétuo de um cristal realmente seria impossível, mas em 2016 uma nova pesquisa mostrou que os cristais poderiam existir em teoria, mas apenas com alguma força externa agindo sobre ele. A ideia era que a regularidade de tempo seria dormente, escondida das vistas, e que quando se adicionasse um pouco de energia, ela voltaria à vida. Isso resolveu o problema do moto perpétuo e trouxe novas esperanças para a existência desse tipo de cristal.

Sucesso

Então, na metade de 2016, as condições para criar e observar um cristal do tempo foram especificadas em um artigo no jornal Physical Review Letters. Os pesquisadores estudaram como uma propriedade especial das partículas chamada de spin quântico poderia ser repetidamente revertido com uma força externa aplicada a intervalos regulares. Pouco tempo depois, cientistas de duas universidades nos EUA seguiram essas instruções e conseguiram criar seus cristais de tempo.

Toda essa incrível evolução que aconteceu em apenas cinco anos abriu um novo capítulo na mecânica quântica, com perguntas sobre as propriedades desse novo estado da matéria e se os cristais do tempo poderiam acontecer na natureza. [Phys.org]

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