Los exóticos cristales de tiempo están cerca de ser una realidad. Un nuevo trabajo experimental ha producido un cristal de tiempo a temperatura ambiente en un sistema que no está aislado de su entorno ambiental. Los datos se publicaron en Nature Communications.
Los investigadores dirigidos por el ingeniero Hossein Taheri de la Universidad de California allanan el camino para cristales de tiempo a escala de chip. Un dispositivo de este tipo podría usarse en entornos del mundo real, lejos de los costosos equipos de laboratorio necesarios para mantenerlos en funcionamiento.
«Cuando su sistema experimental tiene un intercambio de energía con su entorno, la disipación y el ruido trabajan de la mano para destruir el orden temporal», explica Taherí. «En nuestra plataforma fotónica, el sistema logra un equilibrio entre ganancia y pérdida para crear y preservar cristales de tiempo».
Cristales de tiempo
Los científicos confirmaron hace solo unos años la existencia de los cristales de tiempo, a veces también denominados cristales de espacio-tiempo. Son una fase de la materia muy similar a los cristales regulares, con una propiedad adicional bastante significativa.
En los cristales regulares, los átomos constituyentes están dispuestos en una estructura de rejilla tridimensional fija; como la red atómica de un diamante. Estas redes repetitivas pueden diferir en configuración, pero dentro de una formación dada no se mueven mucho; solo se repiten espacialmente.
En los cristales de tiempo, los átomos se comportan un poco diferente: oscilan, girando en una dirección y luego en otra. Estas oscilaciones, denominadas ‘tic-tac’, están bloqueadas en una frecuencia regular y particular. Mientras que la estructura de los cristales regulares se repite en el espacio, en los cristales del tiempo se repite en el espacio y el tiempo.
Para estudiar los cristales de tiempo, los científicos suelen utilizar condensados de Bose-Einstein de cuasipartículas de magnón. Estos deben mantenerse a temperaturas extraordinariamente bajas, muy cercanas al cero absoluto, lo cual requiere un equipo de laboratorio muy especializado y sofisticado.
El trabajo
Esta vez, Taheri y su grupo han creado un cristal de tiempo sin sobreenfriamiento. Primero, tomaron un diminuto microrresonador, un disco hecho de vidrio de fluoruro de magnesio de solo un milímetro de diámetro. Después, bombardearon este microrresonador óptico con los rayos de dos láseres.
Los picos subarmónicos autoconservadores (solitones) que resultaron de las frecuencias generadas por los dos rayos láser indicaron la creación de cristales de tiempo. El sistema crea una trampa de celosía giratoria para solitones ópticos que pronto muestran la periodicidad.
Para mantener la integridad del sistema a temperatura ambiente, el equipo utilizó el bloqueo de autoinyección, una técnica que garantiza que la salida del láser mantenga una determinada frecuencia óptica. Esto significa que el sistema podría ser sacado del laboratorio y usarse para aplicaciones de campo, señalan los investigadores.
Aparte de eso, los cristales de tiempo pueden ser empleados para tomar nuevas medidas del tiempo mismo. «Esperamos que este sistema fotónico se pueda usar en fuentes de radiofrecuencia compactas y livianas con una estabilidad superior», dice Taheri. Incluso podrían integrarse, algún día, en computadoras cuánticas.