¿Qué son los cristales de tiempo y por qué son tan importantes?

La palabra cristal se asocia siempre a un vidrio bien trabajado, pero en física la palabra cristal es algo un poco distinto. Se trata de un sistema ordenado, repetitivo en el espacio que forma una especie de malla. La sal, el cuarzo o el hielo son algunos ejemplos de cristales comunes que podemos ver y experimentar a diario.

Pero ¿será posible generar un cristal que, en vez de repetir su estructura de forma constante en el espacio, pueda repetirla en el tiempo? Esta inocente pregunta da origen a los cristales de tiempo, una verdadera caja de pandora, pues su creación podría violar una de las leyes fundamentales de la física, la ley de la conservación de energía y generar máquinas de movimiento perpetuo ¡una de las quimeras de la ciencia!  

Un cristal de tiempo seguiría un patrón temporal en vez de uno espacial, o sea que los átomos de esta estructura a pesar de estar en su estado fundamental siguen moviéndose, seguirían siempre oscilando, algo que no hacen los cristales típicos que conocemos pues al llegar estos a su estado fundamental se quedan inmóviles.  

Estos objetos fueron propuestos por primera vez en 2012 por el premio Nobel Frank Wilczek, y en estos años se han hecho varios descubrimientos relacionados a ellos, por ejemplo, en 2016 se propuso que es posible crearlos en ambientes de laboratorio y en 2017 científicos de Maryland y Cambridge fueron capaces de crear un cristal de tiempo por un breve instante con iones del átomo iterbio.  

Luego de este gran hallazgo, pero de aplicaciones limitadas la pregunta es, ¿podrán existir en sistemas más grandes?  

En octubre de 2020 un equipo de investigadores publicó un artículo en el que utilizando el  supercomputador Proteus muestran que es posible obtener cristales de tiempo utilizando una técnica inexplorada, básicamente para obtener estos cristales, es necesario que se rompa lo que en física se llama una simetría, por ejemplo, si yo hago un experimento hoy y lo repito igual mañana y luego en una semana lo esperable es que obtenga el mismo resultado, eso quiere decir que mi experimento es simétrico en el tiempo, no depende de cuando lo ejecute siempre es igual.  

Los investigadores se aprovecharon de unas fluctuaciones de sistemas de muchas partículas donde la simetría temporal se rompe. Cuando a un sistema físico se le fuerza a realizar alguna fluctuación rara o poco probable, ocurren estas transiciones de fase dinámica (DPT por sus siglas en inglés).  

Es justamente la relación de estos DPT con los cristales de tiempo lo que hace interesante este estudio, ya que estas transiciones muy raras son posibles “inducirlas” y convertirlas en algo típico mediante una transformación de la dinámica microscópica de las partículas, con la ayuda de campo externo “inteligente”. Esto permite que este comportamiento de cristal temporal, que antes era muy improbable, pueda ser aprovechado de forma práctica.  

En el mismo estudio los autores proponen una forma de crear estos cristales en el laboratorio. Por el momento toca esperar a que se compruebe si es posible hacerlo, pero todo apunta a que estamos un paso más cerca de poder ver funcionando esta quimera que planteó Wilczek en 2012.   Las aplicaciones podrían ser muchas, especialmente en el área de la computación cuántica, pero como dice Pablo Hurtado uno de los autores del proyecto, los usos más interesantes de este descubrimiento son probablemente los que ahora no podemos siquiera imaginar.