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Cómo construir un cristal de espacio-tiempo
Hace un par de meses, analizamos la noción de cristales de tiempo, una idea presentada por el físico ganador del premio Nobel Frank Wilczek y su amigo Al Shapere.
Estos chicos examinaron las propiedades fundamentales de los cristales espaciales ordinarios y preguntaron por qué objetos similares no podían existir en la dimensión del tiempo.
Una de las propiedades básicas de los cristales espaciales es que se forman cuando un sistema cae a su estado de energía más bajo posible. No son el resultado de agregar energía a un sistema, sino de quitarla. Todo ello.
Otra propiedad básica es que cuando estos objetos alcanzan su configuración de energía más baja, su simetría se rompe. En lugar de ser iguales en todas las direcciones, como las leyes de la física, estos objetos se vuelven iguales sólo en algunas direcciones. Es esta ruptura de simetría y la estructura periódica que produce lo que define los cristales.
Wilczek y Shapere argumentaron persuasivamente que no hay ninguna razón por la que no puedan existir estructuras periódicas similares en el tiempo. Y dijeron que encontrarlos les daría a los físicos una nueva forma de estudiar el proceso de ruptura de la simetría y las leyes de la física detrás de él.
Sin embargo, solo había un problema. Estos tipos no habían descubierto cómo construir un cristal de tiempo.
Eso cambia hoy con el trabajo de Tongcang Li en la Universidad de California, Berkeley y algunos amigos que dicen que han descubierto cómo hacerlo. Estos chicos dicen que saben cómo crear un objeto en su estado de energía más bajo que muestra una estructura periódica tanto en el espacio como en el tiempo: un cristal de espacio-tiempo.
Su idea es notablemente simple. Su cristal de espacio-tiempo consiste en una nube de iones de berilio atrapados en un campo electromagnético circular. Los iones se repelen entre sí de forma natural y forman un círculo de forma espontánea. Ese es un tipo de cristal iónico espacial, algo con lo que los físicos han jugado durante años.
Sin embargo, si Wilczek y Shapere tienen razón, este anillo de iones debería girar, incluso cuando se enfría casi al cero absoluto. Tal anillo giratorio es periódico tanto en el espacio como en el tiempo y, por lo tanto, se convierte en un cristal de espacio-tiempo.
La idea de un anillo que gira permanentemente puede tener paralelos incómodos con un dispositivo de movimiento perpetuo. Pero un cristal de espacio-tiempo no viola ninguna ley de la física. Esto se debe a que existe en su estado de energía más bajo y, por lo tanto, no puede funcionar; la energía no se puede extraer de este sistema a pesar de que se está moviendo.
Eso es más que una mera curiosidad. Una de las razones por las que los cristales de espacio-tiempo son interesantes es que su periodicidad en el tiempo los convierte en relojes naturales. Por lo tanto, debería haber muchas personas con más de un interés pasajero en hacer uno.
Y eso debería ser más temprano que tarde. El cristal de espacio-tiempo de Tongcang y compañía debería ser posible de fabricar ahora utilizando trampas de iones de última generación. No querrán que nadie les avance, así que es muy probable que Tongcang y compañía estén construyendo uno ahora. Quizás ahora tengan un cristal de espacio-tiempo en su laboratorio.
Si ese es el caso, deberíamos leer los detalles sobre el primer cristal de espacio-tiempo en algún momento de los próximos días y semanas.
Ref: arxiv.org/abs/1206.4772 : Cristales de espacio-tiempo de toneladas atrapadas