I cristalli sono disposizioni regolari di atomi che si ripetono nello spazio. Ma cosa succederebbe se avessi una disposizione di particelle che si ripetono nel tempo? Che si uniscono spontaneamente con un certo periodo più e più volte, anche se le proprietà potrebbero cambiare? Teoricamente, questo è stato definito dal premio Nobel Frank Wilczek nel 2012 e negli ultimi anni sono stati scoperti in molti contesti, incluso in un giocattolo per bambini.
Ma la loro durata generale è breve, dura solo una frazione di secondo. Ora i fisici sono stati in grado di creare un time crystal robusto che è stato dimostrato sopravvivere per almeno 40 minuti. Questo è 10 milioni di volte più lungo dei time crystal precedenti, che di solito durano solo pochi millisecondi. E i ricercatori credono che potrebbe durare ancora più a lungo di così.
Il team dell’Università di TU Dortmund ha progettato il cristallo speciale in un materiale chiamato indio gallio arsenide. Questo materiale semiconduttore viene manipolato in modo simile alla risonanza magnetica nucleare, che induce gli spin dei suoi nuclei atomici a polarizzarsi. Così, il materiale è leggermente magnetizzato. L’interazione tra lo spin dei nuclei e quello degli elettroni nel materiale genera la polarizzazione e queste interazioni spontanee creano il time crystal.
La periodicità con cui appare il time crystal può essere facilmente manipolata in questa configurazione, il che potrebbe avere applicazioni intriganti. E l’intero time crystal può essere “fuso”, creando un sistema caotico con proprietà potenzialmente affascinanti.
I time crystal sono spesso visualizzati immaginando un complicato orologio in cui i numeri appaiono grazie a strani componenti meccanici che si uniscono una volta al minuto. Un altro scenario è quello di confrontare un time crystal con le lune di Giove, poiché i loro periodi orbitali sono in risonanza. Ciò significa che per ogni quattro orbite di Io, Europa ne fa due e Ganimede ne fa una. Quindi ogni 7,15 giorni, il modello si ripete. Queste sono buone analogie ma mancano di una cosa cruciale: richiedono energia e ne perdono energia.
Un vero time crystal non richiede energia, quindi la periodicità non è indotta. Non è come un pendolo che viene caricato. I time crystal si ripetono semplicemente.
Se tutto ciò sembra un moto perpetuo o un’altra violazione ipotetica della termodinamica, non preoccuparti. La termodinamica è al sicuro. Un time crystal è un caso limite in cui il cambiamento di entropia è zero.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature Physics.
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