Logran, por primera vez, grabar en vídeo un cristal de tiempo

Un cristal convencional (como la sal, el cuarzo, los copos de nieve o los diamantes), es un sólido cuyos átomos o moléculas están dispuestos regularmente en una estructura particular, bien ordenados en patrones muy estables y que se repiten una y otra vez en las tres dimensiones espaciales. En los cristales de tiempo, sin embargo, los átomos también se mueven siguiendo un patrón que se repite no solo en el espacio, sino también en el tiempo. Los componentes más pequeños están en constante movimiento hasta que, después de un cierto período, vuelven a organizarse en el patrón original.

La existencia de los cristales de tiempo fue propuesta por primera vez en 2012 por el Nobel de Física Frank Wilczek , del Instituto de Tecnología de Massachusetts, el primero en imaginar un estado de la materia en la que los átomos se movieran siguiendo un patrón temporal repetitivo. Idea que en aquél momento fue ampliamente criticada por la mayor parte de la comunidad científica.

De hecho, sostenían los críticos, seguir un patrón temporal implica que los átomos de un cristal de tiempo nunca se acomodan en su estado fundamental, cosa que sí hacen los átomos de los cristales convencionales. Cuando un material está en su estado fundamental (estado de mínima energía, también conocido como energía de punto cero de un sistema) su movimiento es imposible, porque eso requeriría un gasto de energía de la que ese sistema ya no dispone. En otras palabras, los cristales de tiempo nunca alcanzan el equilibrio , y lo más perturbador es que esa oscilación cíclica y repetida tiene lugar una y otra vez sin necesidad de utilizar energía alguna.

Más tarde, en 2016 y ante la incredulidad general, un equipo de físicos de la Universidad de California y la Estación Q de Microsoft demostró que los cristales de tiempo podían, efectivamente, existir en el mundo real. El trabajo se publicó a finales de agosto de 2016 en la revista 'Physical Review Letters', y fue recogido por ABC el 12 de septiembre de ese mismo año.

Pero el auténtico bombazo no llegó hasta enero de 2017, cuando dos grupos independientes de investigadores, de las Universidades de Maryland y Harvard lograron, cada uno por su cuenta y usando técnicas diferentes, crear cristales de tiempo en sus laboratorios, noticia que también fue recogida por nuestro diario.

En marzo de ese mismo año, el hallazgo se publicó en 'Nature', que avaló así el nacimiento de toda una nueva rama de la Física y dio carta de identidad a algo que hasta ese momento se consideraba una mera especulación. La creación de cristales de tiempo nos conduce hacia formas aún inexploradas de la materia y abre las puertas a una realidad que hasta hace poco se consideraba poco más que un juego matemático.

Sin embargo, todos esos cristales de tiempo creados en laboratorio apenas tenían unos pocos nanómetros (millonésimas de milímetro) de tamaño y se formaban sólo a temperaturas muy frías, por debajo de menos 250 grados centígrados. Pero el equipo de científicos germano polacos ha ido un paso más allá al conseguir crear cristales de espacio-tiempo mucho más grandes (de unos pocos micrómetros, milésimas de milímetro) y grabarlas además en un vídeo a temperatura ambiente. Pero no solo eso. Los investigadores, en efecto, también pudieron demostrar que su cristal de tiempo, formado por un tipo de cuasipartículas llamadas 'magnones', es capaz de interactuar con otros magnones que salgan a su encuentro.

Lo explica Nick Träger, del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, que junto a Pawel Gruszecki, de la Facultad de Física de la Universidad Adam Mickiewicz en Poznan (Polonia), es el primer firmante del artículo: «Tomamos el patrón de magnones que se repite regularmente en el espacio y el tiempo, enviamos más magnones y finalmente se dispersaron. Por lo tanto, pudimos demostrar que el cristal de tiempo puede interactuar con otras cuasipartículas . Nadie ha podido mostrar esto directamente en un experimento, y mucho menos en un video».

En su experimento, Gruszecki y Träger colocaron una tira de material magnético en una antena microscópica a través de la cual enviaron una corriente de radiofrecuencia. Este campo de microondas desencadenó un campo magnético oscilante, una fuente de energía que estimuló los magnones de la tira. Las ondas magnéticas migraron hacia la franja de izquierda a derecha, condensándose espontáneamente en un patrón recurrente en el espacio y el tiempo. Sin embargo, y a diferencia de las ondas estacionarias convencionales, este patrón se formó antes de que las dos ondas convergentes pudieran siquiera encontrarse e interferir. Los investigadores creen que el patrón, que desaparece regularmente y reaparece por sí solo debe ser, por tanto, un efecto cuántico.

Gisela Schütz, directora del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes y coautora del estudio, señala por su parte la singularidad de la cámara de rayos X: «No solo es capaz de hacer visibles los frentes de onda con una resolución muy alta, 20 veces mejor que el mejor microscopio óptico, sino que incluso puede hacerlo a una velocidad de hasta 40 mil millones de fotogramas por segundo, y con una sensibilidad extremadamente alta a los fenómenos magnéticos».

«Hemos conseguido demostrar -señala Gruszecki- que tales cristales de espacio-tiempo son mucho más robustos y extendidos de lo que se pensaba. Nuestro cristal se condensa a temperatura ambiente y las partículas pueden interactuar con él, a diferencia de un sistema aislado. Además ha alcanzado un tamaño tal que este cristal de magnones podría usarse para hacer algo práctico. Nuestro estudio puede resultar en muchas aplicaciones potenciales».

Para Joachim Gräfe, también firmante del artículo, «los cristales clásicos tienen un campo de aplicaciones muy amplio. Ahora bien, si los cristales pueden interactuar no solo en el espacio sino también en el tiempo, agregamos otra dimensión de posibles aplicaciones. El potencial de la tecnología de comunicación, radar o imágenes es enorme».