Granada entra en la cuarta dimensión: científicos de la UGR crean un nuevo estado de la materia

Científicos de la Universidad de Granada, en colaboración con investigadores alemanes de la Universidad de Tübingen han logrado crear una nueva fase de la materia, los ‘cristales de tiempo’, un campo recientemente descubierto y que este nuevo estudio ha conseguido descifrar un poco más.

Estos cristales van más allá del espacio y emulan una estructura cristalina en la cuarta dimensión, el tiempo, a partir de fluctuaciones extremas en sistemas físicos de muchas partículas.

Esta investigación demuestra que ciertas transiciones de fase dinámicas que aparecen en las fluctuaciones raras de muchos sistemas físicos rompen espontáneamente la simetría de traslación en el tiempo.

Para realizar las simulaciones de este trabajo, los científicos han empleado el superordenador Proteus, perteneciente al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la UGR. Es uno de los superordenadores de cálculo científico general más potentes de España, con una capacidad de cálculo de más de 90TeraFlops que alcanza gracias a sus más de 2300 núcleos de procesamiento, 7.5 Terabytes de RAM y 380TeraBytes de almacenamiento de datos.

Cristales de tiempo

Los cristales de tiempo son un nuevo estado de la materia propuesto recientemente por el premio Nobel de física Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology, en Estados Unidos.

En los cristales de tiempo -cuya existencia se sugirió por primera vez en 2012-, los átomos repiten un patrón a través de la cuarta dimensión, el tiempo, a diferencia de los cristales normales (como puede ser un diamante), que tienen átomos dispuestos en una estructura espacial repetitiva. Así, estos nuevos cristales temporales se caracterizan por realizar un movimiento periódico en el tiempo.

De esta forma, el investigador Rubén Hurtado Gutiérrez, junto con los profesores Carlos Pérez Espigares y Pablo Hurtado, del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la UGR, y en colaboración con el profesor Federico Carollo, de la UT, han propuesto un nuevo camino para usar este fenómeno natural para crear cristales de tiempo.

En su artículo, los científicos de la UGR proponen una ruta inexplorada hasta ahora para construir cristales de tiempo, basada en la observación reciente de ruptura espontánea de la simetría de traslación temporal en las fluctuaciones de sistemas de muchas partículas.

Estas transiciones de fase dinámicas aparecen en el espacio de trayectorias, cuando se condiciona a un sistema físico a realizar una fluctuación rara (o improbable) de ciertos observables, como por ejemplo la corriente de partículas.

Usando herramientas de análisis espectral, los científicos han demostrado inequívocamente la relación entre éstas y los cristales de tiempo. Curiosamente, estos eventos poco probables se pueden convertir en típicos mediante una transformación de la dinámica microscópica de las partículas, que se puede interpretar en términos de la dinámica original complementada con un campo externo inteligente.

Esto permite que este comportamiento de cristal temporal, que antes era muy improbable, pueda ser aprovechado de forma práctica. Basándose en estas observaciones, los investigadores han propuesto un modelo de fluido fuera del equilibrio que presenta una transición de fase de tipo cristal de tiempo, que rompe la simetría de traslación temporal y muestra rigidez, movimiento periódico coherente robusto y orden espacio-temporal de largo alcance.

En este trabajo también se discute cómo crear estos cristales de tiempo en el laboratorio a partir de fluidos coloidales en trampas ópticas y bajo campos de empaquetamiento externos generados con pinzas ópticas.