doi.org/10.1038/s41567-024-02542-9
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#Cristais do Tempo #Cristal do tempo
Pesquisadores criaram um estado de matéria extremamente exótico. Seus átomos têm um diâmetro cem vezes maior que o normal
Os cristais do tempo, originalmente propostos pelo ganhador do Nobel Frank Wilczek em 2012, foram agora criados com sucesso usando átomos de Rydberg e luz laser na Universidade de Tsinghua, na China, com apoio teórico da TU Wien, na Áustria.
Este novo estado da matéria não se repete no espaço como os tradicionais cristais, mas com o tempo, apresentando ritmos periódicos espontâneos sem estímulo externo, fenômeno conhecido como quebra espontânea de simetria Um cristal é um arranjo de átomos que se repete no espaço, em intervalos regulares: Em cada ponto, o cristal parece exatamente o mesmo.
Em 2012, o vencedor do Prémio Nobel, Frank Wilczek, levantou a questão: Poderia haver também um cristal do tempo – um objecto que se repete não no espaço, mas no tempo? E será possível que surja um ritmo periódico, mesmo que nenhum ritmo específico seja imposto ao sistema e a interação entre as partículas seja completamente independente do tempo? Durante anos, a ideia de Frank Wilczek causou muita controvérsia.
Alguns consideraram os cristais do tempo impossíveis em princípio, enquanto outros tentaram encontrar brechas e realizar cristais do tempo sob certas condições especiais.
Agora, um tipo particularmente espetacular de cristal do tempo foi criado com sucesso em Universidade de Tsinghua na China, com o apoio da TU Wien na Áustria A equipe utilizou luz laser e tipos muito especiais de átomos, nomeadamente átomos de Rydberg, com um diâmetro várias centenas de vezes maior que o normal Os resultados foram agora publicados na revista Nature Física Quebra espontânea de simetria O tique-taque de um relógio também é um exemplo de movimento temporalmente periódico No entanto, isso não acontece por si só: alguém deve ter dado corda no relógio e ligado em um determinado horário.
Esse horário de início determinou então o tempo dos tiques É diferente com um cristal de tempo: de acordo com a ideia de Wilczek, uma periodicidade deveria surgir espontaneamente, embora na verdade não haja diferença física entre diferentes pontos no tempo “A frequência do tick é predeterminada pelas propriedades físicas do sistema, mas o os momentos em que o tick ocorre são completamente aleatórios; isso é conhecido como quebra espontânea de simetria”, explica o professor Thomas Pohl, do Instituto de Física Teórica da TU Wien.
Thomas Pohl foi responsável pela parte teórica do trabalho de pesquisa que agora levou à descoberta de um cristal do tempo em Universidade de Tsinghua na China: luz laser foi lançada em um recipiente de vidro cheio de gás de átomos de rubídio A intensidade do sinal de luz que chegou na outra extremidade do recipiente foi medida “Este é na verdade um experimento estático no qual não há ritmo específico é imposta ao sistema”, diz Thomas Pohl “As interações entre a luz e os átomos são sempre as mesmas, o feixe de laser tem uma intensidade constante Mas, surpreendentemente, descobriu-se que a intensidade que chega na outra extremidade da célula de vidro começa a oscilar em padrões altamente regulares” Átomos Gigantes A chave para o experimento foi preparar os átomos de uma maneira especial: Os elétrons de um átomo podem orbitar o núcleo em caminhos diferentes, dependendo de quanta energia eles possuem Se energia for adicionada ao elétron mais externo de um átomo, sua distância do núcleo atômico pode se tornar muito grande.
Em casos extremos, pode estar várias centenas de vezes mais distante do núcleo do que o normal.
Dessa forma, são criados átomos com uma camada de elétrons gigante – então- chamados átomos de Rydberg “Se os átomos em nosso recipiente de vidro são preparados em tais estados de Rydberg e seu diâmetro se torna enorme, então as forças entre esses átomos também se tornam muito grandes”, explica Thomas Pohl “E isso, por sua vez, muda a maneira como eles interagir com o laser Se você escolher a luz do laser de forma que ela possa excitar dois estados de Rydberg diferentes em cada átomo ao mesmo tempo, então é gerado um ciclo de feedback que causa oscilações espontâneas entre os dois estados atômicos.
absorção de luz oscilante” Sozinhos, os átomos gigantes tropeçam em uma batida regular, e essa batida é traduzida no ritmo da intensidade da luz que chega ao final do recipiente de vidro “Criamos aqui um novo sistema que fornece uma plataforma poderosa para aprofundar nossa compreensão do fenômeno do cristal do tempo de uma forma que se aproxima muito da ideia original de Frank Wilczek”, diz Thomas Pohl.
“Oscilações precisas e autossustentadas poderiam ser usadas para sensores, por exemplo, átomos gigantes com os estados de Rydberg já foram usados com sucesso para tais técnicas em outros contextos”
Publicado em 13/07/2024 00h49
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