Credit: Aalto University/Mikko Raskinen

Cristalli temporali

Per la prima volta in assoluto, gli scienziati hanno assistito all’interazione di una nuova fase della materia nota come “time crystals“.

La scoperta, pubblicata su Nature Materials, può portare ad applicazioni nell’elaborazione delle informazioni quantistiche, perché i cristalli temporali rimangono automaticamente intatti – coerenti – in condizioni variabili. Proteggere la coerenza è la principale difficoltà che ostacola lo sviluppo dei potenti computer quantistici.

Il dottor Samuli Autti – Università di Lancaster – autore principale dell’articolo, ha detto: “Controllare l’interazione di due cristalli temporali è un risultato importante. Prima di questo, nessuno aveva osservato due cristalli temporali nello stesso sistema, figuriamoci vederli interagire. Le interazioni controllate sono la voce numero uno nella lista dei desideri di chiunque cerchi di sfruttare un cristallo temporale per applicazioni pratiche, come l’elaborazione di informazioni quantistiche“.

Costante movimento in assenza di input esterni

Questi tipi di cristalli sono diversi da un cristallo standard – come i metalli o le rocce – che è composto da atomi disposti in uno schema che si ripete regolarmente nello spazio.

Teorizzati per la prima volta nel 2012 dal premio Nobel Frank Wilczek e identificati nel 2016, i cristalli temporali mostrano la bizzarra proprietà di essere in costante e ripetitivo movimento nel tempo nonostante l’assenza di input esterni. I loro atomi sono costantemente in oscillazione, in rotazione o in movimento prima in una direzione e poi nell’altra.

Un team internazionale di ricercatori (Lancaster – Yale, Royal Holloway – London e Aalto University – Helsinki) ha osservato i cristalli temporali utilizzando l’elio-3, un raro isotopo di elio con un neutrone mancante. L’esperimento è stato condotto all’Università di Aalto.

L’esperimento

Essi hanno raffreddato l’elio-3 superfluido a meno di un decimillesimo di grado dallo zero assoluto (0,0001K o -273,15°C). I ricercatori hanno poi creato due cristalli temporali all’interno del superfluido e hanno permesso loro di toccarsi.

Gli scienziati hanno osservato i due cristalli temporali interagire e scambiare le particelle costituenti che fluivano da un cristallo all’altro all’altro e viceversa – un fenomeno noto come effetto Josephson.

Applicazioni

I cristalli temporale hanno un grande potenziale per applicazioni pratiche. Potrebbero essere utilizzati per migliorare l’attuale tecnologia dell’orologio atomico – orologi complessi che mantengono l’ora più precisa possibile. Potrebbero anche migliorare la tecnologia come i giroscopi e i sistemi che si basano sugli orologi atomici, come il GPS.

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