Artículo publicado originalmente por VICE en inglés.
Por primera vez, un grupo de científicos ha logrado capturar imágenes de un cristal de espacio-tiempo, o simplemente “cristal de tiempo”, revelando las inquietantes pulsaciones de este estado alucinante de la materia.
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Capturadas por Maxymus, un microscopio de transmisión de rayos X del instituto Helmholtz-Zentrum Berlin, las imágenes proporcionan una visión sin precedentes del comportamiento de estos nuevos cristales de tiempo, que fueron creados de manera experimental en condiciones de laboratorio por primera vez en 2016. El descubrimiento promete “nuevas oportunidades excepcionales en la investigación fundamental”, según un estudio publicado en febrero en Physical Review Letters.
En este punto, es comprensible que surja la pregunta: ¿qué diablos es un cristal de tiempo? Por suerte, Motherboard tiene una respuesta detallada a esta pregunta que puedes leer aquí. Pero la versión corta es que estos objetos exhiben las propiedades de los cristales tanto en el tiempo como en el espacio. De la misma manera que las estructuras atómicas de los cristales repiten patrones regulares en el espacio, los cristales de tiempo repiten patrones regulares en el tiempo.
En términos prácticos, significa que los cristales de tiempo poseen una característica denominada periodicidad temporal en la que oscilan entre una configuración y otra, como un reloj. Por esta razón, los científicos han especulado que eventualmente podrían usarse como dispositivos de cronometraje o como un medio para almacenar memoria en computadoras cuánticas.
La existencia hipotética de los cristales de tiempo fue imaginada por primera vez por Frank Wilczek, físico ganador del premio Nobel en 2012. En 2017, científicos de la Universidad de Maryland y la Universidad de Harvard anunciaron que habían creado exitosamente cristales de tiempo a nanoescala a temperaturas muy frías.
En el nuevo estudio, los investigadores codirigidos por Nick Träger, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Alemania, y Pawel Gruszecki, físico de la Universidad Adam Mickiewicz en Polonia, crearon un cristal de tiempo mucho más grande, a temperatura ambiente, que medía varios micrómetros de escala. Estos factores distinguieron el experimento del equipo de los estudios previos, incluso sin la innovación adicional de haber capturado en video el cristal de tiempo.
El equipo germano-polaco creó su cristal de tiempo a partir de magnones, que son cuasipartículas asociadas con el espín de los electrones dentro de un material magnético. En un correo electrónico, Träger sugirió que una forma más fácil de pensar en este concepto es imaginar los magnones como análogos a los fotones. De la misma manera que los fotones son la cuantificación de la luz, un magnón es la cuantificación del espín dentro de un material magnético.
“En resumen, los magnones son el candidato ideal para la observación de tales formaciones cristalinas de espacio-tiempo porque son comparativamente grandes. Por lo tanto, se pueden medir de forma directa con nuestro microscopio”, explicó Träger. “Además, la generación de magnones se puede realizar fácilmente a temperatura ambiente, lo cual es una gran ventaja”.
En su experimento, Träger y sus colegas construyeron un cristal de tiempo a partir de magnones en una banda magnética con una antena microscópica. La antena fue utilizada para generar un campo magnético oscilante utilizando una corriente de radiofrecuencia. Las líneas que aparecen y desaparecen en el video muestran la absorción del haz de rayos X por la estructura de guía de ondas magnéticas; las regiones más oscuras muestran dónde se absorben más rayos X, en comparación con las regiones más brillantes. El resultado final es la visualización de una oscilación periódica tanto en el tiempo como en el espacio.
“Es un poco confuso, pero inducimos los magnones eléctricamente en la banda con una antena en la parte superior de la estructura”, aclaró Träger. “Por lo tanto, lo que puede verse en este video es un patrón de magnetización periódico (constituido por magnones), que sigue un movimiento periódico espacio-temporal”.
Según los investigadores, además de abrir una ventana visual alucinante hacia los cristales de tiempo, estos cristales de tiempo a temperatura ambiente a microescala podrían tener aplicaciones tecnológicas potenciales en los campos de la comunicación y los radares, así como en la investigación de la física de ondas no lineales, entre muchas otras posibilidades.
“Como científicos experimentales, nuestro equipo se enfoca principalmente en el aspecto fundamental de estos resultados y, de hecho, hay innumerables posibilidades”, dijo Träger. “Para empezar, queremos obtener una comprensión fundamental de la oscilación temporal de un cristal espacio-tiempo”, incluidas las interacciones de este cristal espacio-tiempo magnónico con otros magnones, lo cual está descrito en el artículo.
“Las posibilidades para su aplicación en el futuro son difíciles de prever”, concluyó. “Pero tal vez en algún momento sea interesante para la comunicación por radar o la computación cuántica, donde se necesitan dispositivos muy eficientes para el cambio de frecuencia. Uno podría imaginar un escenario en el que, por ejemplo, los automóviles solo se comunican entre sí mediante señales de radar y los ‘cristales magnónicos de espacio-tiempo’ podrían actuar como un componente eficiente en tales sistemas”.
