Scienziati catturano il tempo catturato in un cristallo

Roma – Sviluppato un nuovo tipo di “cristallo temporale”, una nuova fase della materia che sfida le comuni percezioni di movimento e tempo. Tale sforzo, riportato su rivista Physical Review X, è stato compiuto da un gruppo di fisici della Washington University di St. Louis, che comprende Kater Murch , Charles M. Hohenberg,  Chong Zu e gli studenti laureati di Zu,  Guanghui He ,  Ru otian “Reginald” Gong ,  Changyu Yao e  Zhongyuan Liu . Fra gli autori della ricerca figurano anche Bingtian Ye, del Massachusetts Institute of Technology e Norman Yao, dell’Università di Harvard. “Per comprendere un cristallo temporale, è utile pensare a cristalli familiari come diamanti o quarzi”, hanno spiegato Zu, He e Ye. “Questi minerali devono la loro forma e lucentezza alle loro strutture altamente organizzate”, hanno proseguito i fisici. “Gli atomi di carbonio in un diamante interagiscono tra loro per formare schemi ripetuti e prevedibili”, hanno aggiunto i ricercatori. “Proprio come gli atomi in un normale cristallo ripetono schemi nello spazio, le particelle in un cristallo temporale ripetono schemi nel tempo”, ha affermato Zu. “In altre parole, vibrano o “ticchettano” a frequenze costanti, rendendole cristallizzate in quattro dimensioni: le tre dimensioni fisiche più la dimensione del tempo”, ha continuato Zu. “I cristalli del tempo sono come un orologio che non ha mai bisogno di essere caricato o di batterie; in teoria, dovrebbe essere in grado di andare avanti per sempre”, ha detto Zu. “In pratica – ha sottolineato Zu – i cristalli del tempo sono fragili e sensibili all’ambiente”. “Siamo stati in grado di osservare centinaia di cicli nei nostri cristalli prima che si rompessero, il che è impressionante”, ha evidenziato Zu. I cristalli temporali esistono da un po’; il primo è stato creato presso l’Università del Maryland nel 2016. La squadra di ricerca guidata dalla WashU ha fatto un ulteriore passo avanti per costruire qualcosa di ancora più incredibile: un quasicristallo temporale. “È una fase completamente nuova della materia”, ha precisato Zu. “Nella scienza dei materiali, i quasicristalli sono sostanze scoperte di recente che sono altamente organizzate anche se i loro atomi non seguono gli stessi schemi in ogni dimensione; allo stesso modo, le diverse dimensioni dei quasicristalli del tempo vibrano a frequenze diverse”, ha spiegato He, autore principale dell’articolo. “I ritmi sono molto precisi e altamente organizzati, ma sono più simili a un accordo che a una singola nota”, ha specificato He. “Crediamo di essere stati i primi a creare un vero quasicristallo del tempo”, ha affermato He. Il gruppo di scienziati ha costruito i suoi quasicristalli all’interno di un piccolo pezzo di diamante. I ricercatori hanno poi bombardato il diamante con fasci di azoto abbastanza potenti da eliminare gli atomi di carbonio, lasciando spazi vuoti delle dimensioni di un atomo. Gli elettroni si muovono in quegli spazi e ogni elettrone ha interazioni a livello quantico con i suoi vicini. Zu e colleghi hanno utilizzato un approccio simile per costruire un microscopio quantico a diamante. I quasicristalli del tempo sono costituiti da più di un milione di queste lacune nel diamante. Ogni quasicristallo è largo circa un micrometro, un millesimo di millimetro, il che è troppo piccolo per essere visto senza un microscopio. “Abbiamo utilizzato impulsi di microonde per avviare i ritmi nei quasicristalli del tempo”, ha dichiarato Ye. “Le microonde aiutano a creare ordine nel tempo”, ha aggiunto He. “La sola esistenza di cristalli temporali e quasicristalli conferma alcune teorie di base della meccanica quantistica, quindi sono utili in questo senso”, ha sottolineato Zu. “Ma – ha aggiunto Zu – potrebbero avere anche applicazioni pratiche”. “Poiché sono sensibili alle forze quantistiche come il magnetismo, i cristalli temporali potrebbero essere usati come sensori quantistici di lunga durata che non hanno mai bisogno di essere ricaricati”, ha specificato Zu. I cristalli di tempo offrono anche una nuova via per la misurazione precisa del tempo. Gli oscillatori al quarzo negli orologi e nei dispositivi elettronici tendono a spostarsi e richiedono una calibrazione. Un cristallo di tempo, al contrario, potrebbe mantenere un ticchettio costante con una perdita minima di energia. Un sensore quasicristallo temporale potrebbe potenzialmente misurare più frequenze contemporaneamente, creando un quadro più completo della durata di vita di un materiale quantistico. Innanzitutto, i ricercatori dovrebbero capire meglio come leggere e tracciare il segnale, in quanto non possono ancora dire con precisione l’ora con un cristallo di tempo; possono solo farlo ticchettare. Poiché i cristalli del tempo possono teoricamente ticchettare all’infinito senza perdere energia, c’è molto interesse nello sfruttare la loro potenza per i computer quantistici. “Potrebbero immagazzinare memoria quantistica per lunghi periodi di tempo, essenzialmente come un analogo quantistico della RAM”, ha ipotizzato Zu. “Siamo molto lontani da quel tipo di tecnologia, ma creare un quasicristallo del tempo è un primo passo cruciale”, ha concluso Zu. (30Science.com)