cristales de tiempo

Los patrones muaré son familiares para todos. Dos peines con distinto paso, superpuestos, muestran franjas oscuras. Algo similar surgió en el tiempo. Los físicos tomaron una nube de átomos de Rydberg —partículas con órbitas electrónicas excepcionalmente grandes— y la iluminaron con dos láseres.

Una orquesta de miles de millones de átomos de cesio tocó una sola nota, y sonó durante 17 horas sin apagarse. No es hipérbole: físicos chinos crearon un cristal temporal continuo con un tiempo de vida récord. Un cristal temporal es un sistema que rompe la simetría temporal y pulsa espontáneamente con un ritmo inmutable.

Un péndulo que oscila por sí solo, sin que nadie le dé cuerda: en el mundo cuántico, estos “péndulos” se llaman cristales de tiempo. En ellos, el movimiento rítmico surge espontáneamente y no se desvanece. Pero hasta ahora, controlar ese ritmo era casi imposible: cualquier intervención amenazaba con destruir el frágil orden.

Un tobogán con tres huecos: el más profundo es la posición estable de la canica, el del medio es inestable. Un pequeño empujón y la canica rueda hacia abajo. Sin embargo, una vibración constante con la intensidad adecuada puede mantenerla en el hueco del medio durante mucho tiempo.

Los cristales de tiempo son fases cuánticas de la materia que oscilan espontáneamente, como un diapasón con un eco infinitamente prolongado. Si un cristal espacial ordinario repite un patrón atómico en el espacio, rompiendo la simetría traslacional, un cristal temporal muestra periodicidad en el tiempo, rompiendo la simetría traslacional temporal.

Dos partículas cuánticas están unidas por un hilo invisible: una pierde energía, la otra la gana, pero la reserva total no cambia. Si solo seguimos a la primera, sus oscilaciones no se amortiguan: el ritmo es constante, como el de un púlsar cósmico, aunque desde fuera parezca que crece la entropía, el caos.

El péndulo de un reloj antiguo oscila porque un mecanismo de resorte lo empuja regularmente. Ahora imagina un péndulo que decide por sí mismo cuándo balancearse, y lo hace con un ritmo constante, solo porque en la habitación hace calor y hay una ligera corriente de aire.

Embalsosa el suelo con triángulos idénticos y obtendrás un patrón aburrido y repetitivo. ¿Y si quieres que el diseño nunca se repita, pero con una sola baldosa? Durante mucho tiempo, los matemáticos estaban convencidos de que eso era imposible: se necesitaban al menos dos figuras distintas.

El péndulo oscila con tal precisión que, si hubiera estado contando los segundos desde el Big Bang, hoy se habría desviado solo medio segundo. Esa es la estabilidad del nuevo láser ultravioleta portátil, el corazón de los relojes atómicos de aluminio.

Forzaron a una nube de átomos de cesio a comportarse como una sola cuerda cuántica. Al iluminarla con un láser y dejar que las partículas interactuaran, los científicos pusieron en marcha oscilaciones autosostenidas: el ritmo surgió sin un director externo. Las ondas de radio actuaron como los trastes en un mástil: se podía cambiar suavemente la frecuencia del sonido.

Un superconductor ordinario funciona como un cable perfecto: los electrones se emparejan y fluyen sin resistencia. En el nuevo material TaPtSi, los pares están organizados de otra manera: su simetría interna está sesgada, y al enfriar por debajo de la temperatura crítica, dentro del cristal surgen por sí solos diminutos campos magnéticos.

Un rayo láser normalmente viaja en línea recta, como un chorro de agua de una manguera. Pero, ¿y si retorcemos ese chorro como la espiral de un sacacorchos? Obtendríamos un resorte de luz: un haz que, además de avanzar, gira alrededor de su propio eje.

Cuando dos rayos de luz se encuentran en un cristal, pueden generar un tercer rayo con una frecuencia diferente. Para que este proceso sea eficiente, las ondas deben ir al mismo paso, como dos personas que caminan juntas sin desincronizarse. Antes se usaban dos trucos: o se elegía un cristal con las propiedades adecuadas, o se cortaba en capas finas.

Los cristales de tiempo son una fase exótica de la materia que exhibe movimiento periódico no en el espacio, sino en el tiempo, incluso en su estado fundamental, no excitado. Esta idea, que recuerda a un reloj perpetuo que no requiere cuerda, fue propuesta por primera vez por Frank Wilczek.

Los electrones en un conductor normalmente se comportan como un gas: se mueven caóticamente, chocan entre sí y no mantienen ningún orden. Pero si se los separa lo suficiente y se enfrían mucho, la repulsión mutua puede hacer que se coloquen en sus puestos, como los asistentes a un teatro lleno que se sientan dejando un asiento vacío entre ellos.

Los cristales de tiempo pulsan en el tiempo, como un metrónomo eterno que no necesita cuerda. La idea fue propuesta por Frank Wilczek hace casi diez años. Antes, para que ese metrónomo no se desajustara, se introducía deliberadamente desorden en el sistema — una paradoja, pero el caos ayudaba al ritmo.