Físicos dobram o tempo dentro de um diamante e criam uma nova fase da matéria
Físicos da Universidade de Washington em St. Louis deram um passo significativo na mecânica quântica ao criar uma nova fase da matéria chamada “cristais de tempo” e, avançando ainda mais, “quasicristais de tempo”. Esses materiais inovadores desafiam as leis tradicionais da física ao manterem movimento perpétuo, potencialmente revolucionando a computação quântica e a cronometragem precisa , fornecendo métodos estáveis e energeticamente eficientes para medir o tempo e armazenar informações quânticas.
Cristais de tempo: o que são?
Para compreender os cristais de tempo, é útil pensar nos cristais comuns, como diamantes ou quartzos, que devem sua forma e brilho a estruturas altamente organizadas. Nos cristais de tempo, as partículas repetem padrões ao longo do tempo, vibrando em frequências constantes, tornando-se cristalizadas em quatro dimensões: as três físicas mais a dimensão temporal. Em teoria, um cristal de tempo poderia funcionar indefinidamente sem necessidade de energia externa. Na prática, porém, eles são frágeis e sensíveis ao ambiente, com os pesquisadores observando centenas de ciclos antes de sua degradação.
A equipe da WashU foi além ao criar quasicristais de tempo, uma fase de matéria ainda mais extraordinária. Enquanto os quasicristais materiais são substâncias recentemente descobertas que são altamente organizadas, embora seus átomos não sigam os mesmos padrões em todas as dimensões, nos quasicristais de tempo, as diferentes dimensões vibram em frequências distintas. As ritmos são precisos e altamente organizados, maiss semelhantes a um acorde do que a uma única nota. A equipe acredita ser a primeira a criar um verdadeiro quasicristal de tempo.
Como foram fabricados os quasicristais de tempo?
Os pesquisadores construíram seus quasicristais dentro de um pequeno pedaço de diamante de aproximadamente um milímetro. Eles bombardearam o diamante com feixes de nitrogênio suficientemente poderosos para remover átomos de carbono, deixando espaços em branco do tamanho de um átomo. Elétrons ocupam esses espaços e cada elétron interage em nível quântico com seus vizinhos. Os quasicristais de tempo são compostos por mais de um milhão dessas lacunas no diamante, cada um com cerca de um micrômetro (um milésimo de milímetro) de diâmetro, invisíveis sem um microscópio. Os pesquisadores usaram pulsos de micro-ondas para iniciar os ritmos nos quasicristais de tempo, ajudando a criar ordem temporal.
A existência de cristais e quasicristais de tempo confirma algumas teorias básicas da mecânica quântica, tornando-os úteis nesse sentido. No entanto, eles podem ter aplicações práticas também. Devido à sua sensibilidade a forças quânticas, como o magnetismo, os cristais de tempo poderiam ser usados como sensores quânticos de longa duração que nunca precisariam ser recaregados. Eles também oferecem uma nova abordagem para a cronometragem precisa. Osciladores de cristal de quartzo em relógios e eletrônicos tendem a desviar e requerem calibração. Um cristal de tempo, por outro lado, poderia manter um tique consistente com mínima perda de energia. Um sensor de quasicristal de tempo poderia potencialmente medir múltiplas frequências simultaneamente, criando uma imagem mais completa da vida útil de um material quantico. Primeiro, os pesquisadores precisariam entender melhor como ler e rastrear o sinal. Atualmente, eles não podem dizer o tempo com precisão usando um cristal de tempo; eles só podem fazê-lo ticar.
Aplicações
Como os cristais de tempo podem teoricamente ticar para sempre sem perder energia, há um grande interesse em aproveitar seu poder para computadores quânticos. Eles poderiam armazenar memória quântica por longos períodos, essencialmente como um análogo quântico da RAM. Embora essa tecnologia ainda esteja distante, a criação de um quasicristal de tempo é um primeiro passo crucial.
A criação de cristais e quasicristais de tempo representa um avanço significativo na física quântica. Esses materiais não apenas desafiam nossa comprensão atual da matéria e do tempo, mas também abrem portas para inovações em computação quântica, cronometragem precisa e sensores quânticos. À medida que a pesquisa avança , poderemos ver aplicações práticas dessas descobertas que transformarão a tecnologia e a ciência como as conhecemos.
Referência: “Experimental Realization of Discrete Time Quasicrystals” by Guanghui He, Bingtian Ye, Ruotian Gong, Changyu Yao, Zhongyuan Liu, Kater W. Murch, Norman Y. Yao and Chong Zu, 12 de março de 2025, Physical Review X.
