Logro histórico de la física: científicos crean una nueva fase de la materia, y la llaman «cristal del tiempo»

En la física clásica, los estados de la materia se definen principalmente por su estructura espacial. Sólidos, líquidos, gases y plasmas presentan configuraciones distintas de partículas que responden a fuerzas específicas. Hoy, los avances en física cuántica dieron lugar a fenómenos que trascienden esas categorías, como esta nueva fase de la materia que estás por conocer.

Se trata del cristal de tiempo, una propuesta teórica que postula la existencia de sistemas que presentan patrones periódicos no en el espacio, sino en el tiempo. Un grupo de investigadores, liderado por Guanghui He, logró ir más allá de este concepto al crear lo que denominan un cuasicristal de tiempo, considerado ya como una nueva fase de la materia.

¿Cómo lograron crear una nueva fase de la materia y por qué la llaman «cristal del tiempo»?

A diferencia de los cristales de tiempo convencionales, que oscilan con una frecuencia fija, el cuasicristal de tiempo muestra un comportamiento más complejo. En esta estructura, las oscilaciones ocurren con distintas frecuencias organizadas de forma no repetitiva, lo que recuerda a una secuencia armónica en lugar de un único tono.

El paralelismo con los cuasicristales espaciales es directo. En esos materiales, los átomos mantienen un orden que no sigue un patrón periódico simple, aunque sí posee simetría.

De manera similar, esta nueva fase de la materia presenta un orden temporal estructurado, sin que las oscilaciones se repitan de forma regular.

¿Cómo llegaron a conocer esta supuesta nueva fase de la materia?

El experimento se desarrolló sobre un pequeño trozo de diamante, modificado mediante haces de nitrógeno para crear vacantes atómicas.

Estas vacantes son espacios donde antes había átomos de carbono y que ahora permiten la aparición de interacciones entre electrones, fundamentales para establecer una estructura cuántica en el tiempo.

A través de pulsos de microondas, el equipo indujo oscilaciones controladas. Estas oscilaciones se mantuvieron durante cientos de ciclos antes de decaer por efectos del entorno.

Lo relevante fue que este patrón se mantuvo con una estabilidad inusual, demostrando que es posible imponer orden temporal en sistemas cuánticos.

¿Qué relevancia tiene el descubrimiento del cuasicristal?

Más allá de su valor científico, la nueva fase de la materia conocida como cuasicristal de tiempo tiene posibles aplicaciones prácticas en varios campos:

• Sensores cuánticos: gracias a su sensibilidad a fuerzas magnéticas y otras interacciones, podrían utilizarse para detectar campos magnéticos extremadamente débiles.
• Relojería cuántica: frente a los osciladores actuales, como el cuarzo, un cristal de tiempo puede mantener su frecuencia sin necesidad de recalibración frecuente.
• Computación cuántica: se abre la posibilidad de utilizar estas estructuras como formas de almacenamiento cuántico, semejantes a una memoria RAM, pero con una durabilidad mucho mayor.

La combinación de estabilidad y orden temporal sugiere que los cuasicristales de tiempo pueden ser útiles como elementos en tecnologías donde se requiera precisión extrema y resistencia a la degradación.

El futuro de los cuasicristales

El desarrollo de esta nueva fase de la materia forma parte del trabajo del Center for Quantum Leaps, una iniciativa de la universidad estadounidense Washington University en St. Louis (WashU).

Allí, el objetivo es explorar los límites de la física cuántica y su aplicación a diversas ramas como la astrofísica o el diseño de algoritmos para procesadores cuánticos.

Según ha señalado Guanghui He, autor principal del estudio, esta es «la primera realización experimental de un cuasicristal de tiempo». Esta afirmación, recogida en el marco del estudio publicado por la universidad, marca un antes y un después en la línea de investigación.

A partir del quinto párrafo, puede citarse que, según el portal ‘Phys.org’, este avance representa un cambio conceptual en el entendimiento de los sistemas cuánticos periódicos, con posibilidades aún no del todo exploradas.