La búsqueda para desarrollar la comprensión del comportamiento cristalino del tiempo en sistemas cuánticos ha tomado un nuevo rumbo, giro emocionante.

Expertos en física de las universidades de Exeter, Islandia, y la Universidad ITMO en San Petersburgo, han revelado que es posible la existencia de cristales de tiempo genuinos para sistemas cuánticos cerrados.

A diferencia de otros estudios que hasta la fecha consideraron sistemas cuánticos abiertos sin equilibrio, donde la presencia de un impulso induce oscilaciones periódicas en el tiempo, Los investigadores han encontrado teóricamente un sistema cuántico donde las correlaciones de tiempo sobreviven durante un tiempo infinitamente largo.

Publicado en Cartas de revisión física como sugerencia de los editores el 20 de noviembre, el estudio podría allanar el camino hacia el desarrollo de novelas, aplicaciones interesantes, como un nuevo tipo de reloj atómico.

La noción de un cristal de tiempo (TC) fue presentada por primera vez por el estimado premio Nobel de física Frank Wilczek en 2012. El papel central en el establecimiento del cristal de tiempo como una nueva fase de la materia corresponde a la ruptura de la simetría de traslación del tiempo.

En la vida cotidiana estamos rodeados de sólidos, donde los átomos y las moléculas forman una estructura periódica a lo largo de las coordenadas espaciales. A diferencia de los cristales ordinarios, como los diamantes, con propiedades definidas por átomos dispuestos regularmente en el espacio, En cambio, los cristales de tiempo muestran un modo de comportamiento en constante cambio que se repite en el tiempo.

Sin embargo, la mera posibilidad de ruptura de la simetría traslacional del tiempo resultó ser notoriamente difícil en un sistema cuántico perfectamente aislado que permanece en equilibrio. Notablemente, el teorema probado por Haruki Watanabe y Masaki Oshikawa declaró que las versiones cuánticas de los cristales de tiempo son imposibles, a menos que:1) estén presentes interacciones altamente no locales en un sistema cuántico genuino; o 2) se considera un sistema impulsado.

En particular, usando la segunda escapatoria, Los científicos han demostrado en los últimos años que es posible producir diferentes variantes de cristales de tiempo (en particular, cristales de tiempo discretos o Floquet).

La pregunta:"¿Se puede realizar el concepto original de cristal del tiempo?" así permaneció en el aire.

En el nuevo estudio, el equipo de investigación dirigido por Oleksandr Kyriienko de la Universidad de Exeter ha demostrado que es posible 'pasar por alto' el teorema de no ir para la existencia de cristales de tiempo cuántico, y que efectivamente es posible un genuino orden cristalino del tiempo.

El ingrediente clave corresponde a encontrar el hamiltoniano, un operador que describe la energía de un sistema cuántico, que satisface completamente las condiciones para el comportamiento TC planteadas por Watanabe y Oshikawa.

El equipo ha descubierto que el sistema que rompe la simetría traslacional del tiempo necesariamente posee interacciones multipartículas (las llamadas "cadenas") donde al menos la mitad de las partículas interactúan simultáneamente.

La función de correlación del estado fundamental asociada exhibe oscilaciones perpetuas debido al acoplamiento entre dos estados entrelazados al máximo correspondientes a los estados felinos de Schrodinger.

Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a comprender mejor cómo se comportan los estados condensados ​​de la materia, y arrojar luz sobre la física de órdenes dinámicos.

Siendo el primer paso hacia la ruptura de la simetría de traslación de tiempo continua, el estudio llama la atención sobre otros posibles sistemas cuánticos donde las interacciones de largo alcance pueden inducir dinámicas no triviales.

Oleksandr Kyriienko dijo:"Ahora sabemos que la simetría traslacional del tiempo se puede romper con interacciones altamente no locales. ¿Podemos mejorar eso y tener sistemas prácticamente útiles con interacciones reducidas donde las correlaciones sobreviven en tiempos infinitos? No lo sé con certeza, pero estoy ansioso por averiguarlo ".