Cristalli di tempo, una nuova forma di materia

Sale, diamanti, fiocchi di neve sono tutti cristalli. Gli atomi di cui sono composti, cioè, si dispongono in strutture 3D che si ripetono, responsabili delle loro ben note proprietà fisico-chimiche. Ma gli scienziati sono riusciti a creare in laboratorio un nuovo e curioso tipo di cristalli che di fatto rappresenta una fase della materia finora solo ipotizzata.

Si tratta dei cosiddetti cristalli di tempo, strutture i cui atomi si muovono secondo uno schema che si ripete nel tempo piuttosto che nello spazio. La loro particolarità è di non raggiungere mai l’equilibrio termico, uno stato fondamentale in cui tutti gli atomi possiedono la stessa quantità di calore. Rappresentano quindi i primi esempi di una fase della materia ancora inesplorata, detta di non-equilibrio.

 

L’origine dei cristalli di tempo

L’esistenza dei cristalli di tempo era stata ipotizzata già nel 2012 da Frank Wilczek, fisico premio Nobel del Massachusetts Institute of Technology. La conferma sperimentale però è arrivata solo ora, grazie a un lavoro di squadra che ha coinvolto ricercatori delle Università del Texas a Austin, della California a Berkeley, di Harvard, del Maryland e del National Institute of Standards and Technology.

Il premio Nobel Frank Wilczek, il primo a immaginare di realizzare i cristalli di tempo. Questo stato esotico della materia combina la rigidità di un comune cristallo con oscillazioni temporali ritmiche (Immagine: Wikimedia Commons)

I ricercatori di Austin, in particolare, sono stati i primi a ottenere un cristallo di tempo a partire da ioni di itterbio, cioè atomi di questo elemento carichi elettricamente. Gli ioni, mantenuti in levitazione, cioè sospesi sopra una superficie grazie all’applicazione di un campo elettrico asimmetrico, sono stati colpiti con un ritmo regolare da una serie di impulsi laser.

Come risultato, gli ioni hanno cominciato a oscillare ritmicamente a una velocità pari alla metà di quella degli impulsi laser. Un po’ come se premendo i tasti di un pianoforte due volte al secondo uscisse solo una nota al secondo. Tale comportamento, previsto dai modelli teorici, per i ricercatori è la prova di aver creato un cristallo di tempo.

Un secondo team dell’Harvard University ha ripetuto l’esperimento un mese più tardi, grazie al protocollo messo a punto dai colleghi. Questa volta è stato creato un cristallo di tempo partendo da un diamante. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati su Nature.

L’auspicio è quello di creare in futuro molti nuovi cristalli di tempo. Alcuni di questi esempi di materia in non-equilibrio, infatti, potrebbero rivelarsi preziosi per archiviare o trasferire dati in computer quantistici.

 

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