Fizica cuantică a relevat existența unei faze distincte a materiei cunoscută sub numele de cristale temporale.
Acestea se diferențiază de cristalele convenționale, a căror structură atomică se repetă în spațiu, prin faptul că prezintă o evoluție ciclică, repetitivă în timp, care nu necesită un aport extern de energie.
Recent, cercetători de la Universitatea Washington din Saint-Louis și MIT au identificat un nou tip, cristalul cvasi-temporal, caracterizat printr-o periodicitate temporală non-strictă.
În fizica stării solide, un cristal obișnuit este definit ca un material în care atomii sunt aranjați într-un model ordonat, care se repetă periodic în cele trei dimensiuni spațiale.
Această structură regulată conferă materialelor cristaline proprietăți specifice, precum capacitatea de a difracta lumina sau de a conduce electricitatea în moduri particulare, fiind fundamentală în știința materialelor. Exemple comune includ diamantul, cuarțul sau sarea de bucătărie.
Conceptul de cristal temporal a fost propus teoretic în 2012 de fizicianul Frank Wilczek. El a postulat posibilitatea existenței unor sisteme cuantice a căror stare fundamentală prezintă o structură care se repetă periodic nu în spațiu, ci în timp.
Un astfel de sistem ar oscila spontan la intervale regulate, menținându-și mișcarea ciclică fără consum de energie din exterior.
Existența experimentală a cristalelor temporale a fost confirmată în 2016, deschizând direcții de cercetare cu potențiale aplicații în domenii precum calculul cuantic și metrologia de precizie. Studiile anterioare s-au concentrat pe cristale temporale care oscilează cu o frecvență fixă și regulată.
Descoperirea recentă, publicată în Physical Review X, introduce însă cristalul cvasi-temporal. Spre deosebire de varianta convențională, structura cvasi-temporală nu urmează un ciclu strict repetitiv. Oscilațiile sale evoluează subtil de la un ciclu la altul, fără a se repeta vreodată identic.
Pentru a crea experimental această structură, echipa de cercetare a utilizat un fragment de diamant în care au fost introduse defecte structurale prin bombardare cu fascicule de azot.
Interacțiunea acestor defecte cu electronii sub influența microundelor a generat un ritm oscilatoriu neperiodic specific. Identificarea cristalelor cvasi-temporale are potențialul de a contribui la o mai bună înțelegere a mecanicii cuantice.
Structura lor temporală neperiodică ar putea oferi noi perspective asupra interacțiunilor complexe dintre particulele cuantice și asupra modului în care se organizează materia la nivel fundamental. De asemenea, explorarea acestor noi structuri ar putea avea implicații tehnologice.
În domeniul calculului cuantic, unde menținerea stărilor cuantice coerente pe durate lungi este o provocare, stabilitatea intrinsecă a cristalelor cvasi-temporale le-ar putea face utile pentru stocarea informației cuantice.
Similar cristalelor temporale convenționale, cele cvasi-temporale ar putea fi extrem de sensibile la perturbațiile din mediul extern, ceea ce le recomandă ca posibili candidați pentru dezvoltarea unor senzori cuantici de înaltă precizie, capabili să detecteze variații minime ale câmpurilor magnetice sau ale temperaturii.
Astfel de senzori ar putea aduce progrese în domenii diverse, de la medicină la explorarea spațială.
Cercetarea cristalelor cvasi-temporale se află încă într-o fază incipientă, însă comportamentul lor specific deschide noi căi pentru explorarea universului cuantic și pentru posibile dezvoltări tehnologice viitoare.
