Esta es una de esas notas en las que conviene empezar con una introducción a la física de materiales, pero si ya estás familiarizado con el concepto de “cristales de tiempo” (time crystals), entonces invitamos al lector a saltarse al sexto párrafo, en el que se informa con mayor detalle sobre un experimento (relativamente sencillo) que hizo que los cristales de tiempo por fin sean visibles al ojo humano.
“Se pueden observar directamente con un microscopio e incluso, en condiciones especiales, a simple vista”, señaló Hanqing Zhao, autor principal del estudio publicado en Nature Materials y estudiante de posgrado en el Departamento de Física de la Universidad de Colorado Boulder (CU Boulder).
Científicos de CU Boulder han utilizado, por primera vez, cristales líquidos para crear un nuevo tipo de cristal de tiempo, una fase de la materia en la que las partículas están en constante movimiento.
Pero antes de esto, un breve repaso
En la física de materiales, pocas ideas han despertado tanta fascinación y debate como los cristales de tiempo: estructuras que, en lugar de repetirse en el espacio como un cristal de sal o de cuarzo, se repiten también en el tiempo, como si tuvieran un reloj propio. El concepto fue propuesto originalmente en 2012 por Frank Wilczek, cuando el físico teórico (ganador del Nobel en 2004) se preguntó si sería posible construir un cristal en el tiempo en lugar del espacio.
Hasta ahora, científicos solo habían logrado acercarse a la visión de Wilczek con conceptos teóricos u observaciones a escalas microscópicas. En 2021, por ejemplo, la computadora cuántica Sycamore de Google fue empleada para crear una red especial de átomos. Al aplicarles un rayo láser, experimentaron fluctuaciones que se repitieron varias veces.
Demos un paso atrás. Un cristal común es una red de átomos o moléculas que se ordena formando patrones que se repiten en el espacio. Imagina la disposición de los átomos en un diamante: se podría decir que su belleza proviene precisamente de ese orden. Los cristales de tiempo, en cambio, repiten su estado a intervalos regulares, como si estuvieran oscilando sin necesidad de un reloj externo que vaya marcando el compás.
El importante hallazgo reportado este mes por los físicos Hanqing Zhao e Ivan Smalyukh demuestra que es posible tener ambas cosas a la vez: un patrón que se repite en el espacio y en el tiempo, de manera espontánea y estable. Se trata de un cristal de espacio-tiempo continuo (CSTC, por su nombre en inglés), una forma de materia que combina periodicidad espacial y temporal al mismo tiempo.
Sea la luz
El escenario elegido para este descubrimiento fueron los cristales líquidos nemáticos, materiales que ya ocupan un lugar en nuestra vida cotidiana: son la base de las pantallas LCD. Estos materiales tienen moléculas alargadas en forma de barra que tienden a alinearse como si fueran un campo de trigo mecido por el viento.
El experimento consistió en encerrar el cristal líquido entre dos placas de vidrio recubiertas con una capa de tinte fotosensible. Al iluminar la celda con luz azul polarizada, las moléculas del tinte cambian de orientación, lo que a su vez obliga a las moléculas del cristal líquido a reacomodarse. Luego el sistema empieza a autoorganizarse en estructuras que se repiten en el espacio y, al mismo tiempo, esas estructuras vibran con un ritmo propio en el tiempo, aunque la luz que incide sea constante.
“Todo nace de la nada”, dijo Smalyukh, profesor de Física en UC Boulder, en un comunicado emitido por esta universidad. “Basta con encender una luz, y todo este mundo de cristales del tiempo emerge”.
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