Nuovo stato della materia: scienziati creano i “cristalli del tempo”

È scienza non fantascienza. Esiste uno stato della materia che fino a questo momento era sconosciuto, in cui anche il tempo può essere ingabbiato in cristallo.

La scoperta è stata illustrata sulla rivista Nature: due gruppi di ricercatori delle Università americane di Harvard e del Maryland che sono riusciti a costruire ‘cristalli di tempo‘.

Questo particolare condizione della materia era stata prevista già nel 2012 dall’allora Premio Nobel per la Fisica, Frank Wilczek. Il principale autore della ricerca è Christopher Monroe dell’Università del Maryland, il quale, lavorando su alcuni cristalli di itterbio, è riuscito a creare le condizioni per le quali questi iniziassero ad oscillare.

Un cristallo la cui struttura regolare si ripete sia nello spazio sia nel tempo. Gli ioni di itterbio sono stati colpiti con due fasci laser e portati dagli scienziati in uno stato di instabilità: sono entrati in una sorta di oscillazione ripetuta e costante, trasformandosi in cristalli di tempo.

La periodicità fa sì che gli stessi funzionino come degli orologi naturali. Insieme a lui hanno lavorato diversi altri gruppi di ricerca tra cui anche alcuni dell’Università del Texas di Austin.

“E’ un risultato molto interessante e si può pensare a una sua applicazione nei futuri computer quantistici o dei sistemi di crittografia quantistica”, ha osservato il fisico teorico Vincenzo Barone, dell’università del Piemonte orientale e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn).

Finora gli unici cristalli reali erano quelli la cui struttura è formata da reticoli di atomi ordinati che si ripetono uguali a se stessi nello spazio. Il Nobel Wilczek si interrogava sulla possibilità di costruire cristalli dalle caratteristiche analoghe nel tempo, ossia che si ripetono uguali a se stessi dopo un intervallo prefissato di tempo.

Secondo i ricercatori, quello raggiunto in questa sperimentazione è un nuovo stato della materia. Lo stato è quello di quasi equilibrio. Lo stato fondamentale dovrebbe essere di equilibrio assoluto, invece questi cristalli riescono comunque ad “agitarsi” senza però necessità di assorbire energia per farlo. Non si tratta del moto perpetuo, ma di particolari fenomeni che caratterizzano la materia nei suoi stati quantistici. 

Il cristallo temporale creato ad Harvard da Mikhail Lukin, invece, ha una struttura diversa: in questo caso si è lavorato sul diamante. Secondo i ricercatori, quello raggiunto in questa sperimentazione e’ un nuovo stato della materia, ovvero quello di quasi equilibrio.

Lo stato fondamentale dovrebbe essere di equilibrio assoluto, invece questi cristalli riescono comunque ad “agitarsi” senza però avere la necessità di assorbire energia per farlo.

In questo caso i ricercatori sono riusciti a realizzare un sistema microscopico che ha la caratteristica di regolarità “a salti” anche nel tempo, e che -per analogia con il cristallo propriamente detto – è stato definito “cristallo temporale”. I cristalli temporali hanno proprietà uniche, ancora da comprendere fino in fondo, ma già si intravede la possibilità di un loro impiego nei computer di nuova generazione (quantistici), per una crittografia a prova di qualunque tentativo di violazione e come campioni ideali per la comprensione profonda della fisica che presiede al microcosmo dell’infinitamente piccolo, tanto diversa da quella che governa il mondo a cui siamo abituati.