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Cristais de tempo
Os físicos conseguiram um feito surpreendente em relação aos dispositivos quânticos, que se assemelha a um filme de ficção científica.
Pela primeira vez, grupos isolados de partículas que se comportam como estados bizarros de matéria conhecidos como cristais do tempo foram ligados num sistema único, que pode ser incrivelmente útil na computação quântica.
Após a primeira interação entre dois cristais do tempo, há dois anos, este é o próximo passo para o aproveitamento de cristais temporais para fins práticos, tais como o processamento de informação quântica.
Os cristais temporais, só oficialmente descobertos e confirmados em 2016, foram em tempos considerados fisicamente impossíveis. São uma fase da matéria muito semelhante aos cristais normais, mas com uma propriedade adicional e peculiar.
Nos cristais normais, os átomos estão dispostos numa estrutura de grade fixa e tridimensional, como a malha atómica de um diamante ou cristal de quartzo. Podem diferir em termos de configuração, mas qualquer movimento que exibam provém exclusivamente de empurrões externos, segundo a Science Alert.
Nos os cristais do tempo, os átomos comportam-se de forma um pouco diferente. Exibem padrões de movimento no tempo que não podem ser tão facilmente explicados por um empurrão externo. Estas oscilações, conhecidas como ‘ticking’, estão ligadas a uma frequência regular e particular.
Teoricamente, os cristais do tempo assinalam o seu estado energético mais baixo possível — conhecido como o estado do solo — e são, portanto, estáveis e coerentes durante longos períodos de tempo.
Assim, onde a estrutura dos cristais regulares se repete no espaço, nos cristais do tempo repete-se no espaço e no tempo, exibindo um movimento perpétuo do estado do solo.
“Toda a gente sabe que as máquinas de movimento perpétuo são impossíveis”, explica Samuli Autti, físico da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, e autor principal do novo estudo, publicado na Nature Communications a 2 de junho.
“Contudo, em física quântica, o movimento perpétuo está bem, desde que mantenhamos os olhos fechados. Ao passar furtivamente por esta fenda podemos fazer cristais do tempo”, acrescenta.
Os cristais do tempo com que a equipa tem trabalhado consistem em quasipartículas chamadas magnons. Não são partículas verdadeiras, mas consistem numa excitação coletiva dos eletrões, como uma onda que se propaga através de uma grelha.
Os magnons emergem quando o hélio-3 — um isótopo estável de hélio com dois protões mas apenas um neutrão — é arrefecido até um décimo de milésimo de um grau de zero absoluto. Isto cria o que se chama um superfluido da fase B, um fluido de viscosidade zero, com baixa pressão.
Neste meio, os cristais temporais formam-se como condensados de Bose-Einstein espacialmente distintos, cada um deles com um trilião de quasipartículas magnéticas.
Um condensado Bose-Einstein é formado a partir de bósons arrefecidos a apenas uma fração acima do zero absoluto — mas sem atingir o zero absoluto, altura em que os átomos deixam de se mover.
Isto faz com que se afundem no seu estado mais baixo de energia, movendo-se lentamente, e aproximando-se o suficiente para se sobreporem, produzindo uma nuvem de átomos de alta densidade que atua como um “super átomo” ou onda de matéria.
Quando se permitiu que os dois cristais se tocassem um ao outro, eles trocaram ímanes. Esta troca influenciou a oscilação de cada um dos cristais do tempo, criando um sistema único, em dois estados.
Na física quântica, os objetos que podem ter mais do que um estado existem numa mistura desses estados antes de terem sido fixados. Assim, ter um cristal de tempo a funcionar num sistema de dois estados proporciona novas informações que podem servir como base para tecnologias baseadas em quantum.
No início deste ano, uma equipa diferente de físicos anunciou que tinham criado com sucesso cristais de tempo à temperatura ambiente, que não precisavam de ser isolados do seu meio ambiente.
Ainda é necessário desenvolver interações melhores entre os cristais do tempo, tal como a observação dos mesmos em interação, sem a necessidade de superfluidos refrigerados. Mas os cientistas estão otimistas.
“Acontece que colocar dois deles juntos funciona lindamente, mesmo que os cristais do tempo não devam existir em primeiro lugar“, conclui Autti. “E nós já sabemos que eles também existem à temperatura ambiente”.
