Investigadores del Instituto de Física Láser de la Universidad de Hamburgo han logrado observar por primera vez un cristal de tiempo que rompe espontáneamente la simetría de traslación de tiempo continuo, según detallan en un estudio publicado el jueves (09.06.2022) por la revista Science.
La idea de un cristal del tiempo se remonta al premio Nobel Franck Wilczek, quien fue el primero en proponer el fenómeno en 2012. En ese entonces, no muchos se atrevían a hablar de ellos, ya que ponía en cuestionamiento las principales leyes de la física, pero los años posteriores se confirmó su existencia.
Los cristales de tiempo son diferentes de un cristal estándar, como los metales, diamantes o rocas, que se componen de átomos dispuestos en un patrón que se repite regularmente en el espacio. Estos poseen la extraña propiedad de estar en movimiento constante y repetitivo en el tiempo a pesar de que no hay una entrada externa.
Similar al agua que se convierte espontáneamente en hielo alrededor del punto de congelación, rompiendo así la simetría de traslación del sistema, la simetría de traslación del tiempo en un sistema dinámico de muchos cuerpos se rompe espontáneamente cuando se forma un cristal de tiempo.
Romper la "simetría de traslación de tiempo continuo"
En los últimos años, los investigadores ya han observado cristales de tiempo discretos o Floquet en sistemas cuánticos cerrados y abiertos activados periódicamente.
"Sin embargo, en todos los experimentos anteriores, la simetría de traslación de tiempo continuo se rompe por un impulso periódico de tiempo", informó en un comunicado Hans Kebler, quien dirigió el estudio.
"El desafío para nosotros fue realizar un sistema que rompa espontáneamente la simetría de traslación de tiempo continuo", agregó.
Uso de un condensado Bose-Einstein
En su experimento, los científicos utilizaron un condensado de Bose-Einstein dentro de una cavidad óptica de gran finura. Usando una bomba independiente del tiempo, observaron una fase de ciclo límite que se caracteriza por oscilaciones periódicas emergentes del número de fotones dentro de la cavidad acompañadas por el ciclo de densidad atómica a través de patrones recurrentes.
De esta manera, descubrieron que la fase temporal de las oscilaciones toma valores aleatorios entre 0 y 2 pi, como se esperaba para la simetría continua rota espontáneamente.
Al identificar el área de estabilidad en el espacio de parámetros relevante, y mostrar la persistencia de las oscilaciones del ciclo límite incluso en presencia de fuertes perturbaciones temporales, los investigadores demostraron la solidez de la fase dinámica.
JU (dpa, science.org, www.cui-advanced.uni-hamburg.de)
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