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por�Natalie Wolchover� del�Sitio�Web QuantaMagazine
traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
- un objeto te�rico que se mueve en un patr�n repetitivo, sin usar energ�a -
dentro de un dispositivo llamado una trampa de iones.� � � � Una teor�a radical prediciendo la existencia de "cristales de tiempo" - objetos de movimiento perpetuo que rompen la simetr�a del tiempo - est� siendo puesta a prueba... � � � En febrero de 2012, el f�sico�Frank Wilczek, ganador del Premio Nobel,�decidi� hacer p�blica una idea extra�a y, le preocupaba que era algo embarazosa. � Por imposible que pareciera, Wilczek hab�a desarrollado una prueba aparente de "cristales de tiempo": estructuras f�sicas que se mueven en un patr�n repetitivo, como agujas diminutas que redondean los relojes, sin gastar energ�a ni disminuir su velocidad. � A diferencia de los relojes u otros objetos conocidos, los cristales de tiempo derivan su movimiento, no de la energ�a almacenada, sino de una ruptura en la simetr�a del tiempo, lo que permite una forma especial de�movimiento perpetuo.
Esto, dijo, fue,
La idea de Wilczek se encontr� con una respuesta muda de los f�sicos. � Aqu� hab�a un profesor brillante, conocido por desarrollar teor�as ex�ticas que luego ingresaron a la corriente principal, incluida la existencia de part�culas llamadas�axiones�y�anyones, y el descubrimiento de una propiedad de las fuerzas nucleares conocida como�libertad asint�tica�(por la cual comparti� el Premio Nobel de F�sica en 2004). � Pero el�movimiento perpetuo, considerado imposible por las leyes fundamentales de la f�sica, era dif�cil de tragar. � �Constituy� el trabajo un avance importante o una l�gica defectuosa? � Jakub Zakrzewski, profesor de f�sica y jefe de �ptica at�mica en la Universidad Jagell�nica de Polonia, que escribi� una perspectiva (Viewpoint - Crystals of Time) sobre la investigaci�n que acompa�� a la publicaci�n de Wilczek, dice:
Ahora, un avance tecnol�gico ha hecho posible que los f�sicos prueben la idea. � Planean construir un cristal del tiempo, no con la esperanza de que este�movimiento perpetuo�generar� una fuente inagotable de energ�a (como inventores se han esforzado en vano de hacer por m�s de mil a�os), pero que producir�n una�mejor teor�a del tiempo�propio. � � � �
Un concepto loco La idea se le ocurri� a Wilczek mientras preparaba una clase en el 2010.�
Cuando la materia se cristaliza, sus �tomos se organizan espont�neamente en filas, columnas y pilas de una red tridimensional. � Un �tomo ocupa cada "punto de celos�a", pero el equilibrio de fuerzas entre los �tomos evita que habiten en el espacio intermedio.�Debido a que los �tomos de repente tienen un conjunto de opciones discretas, en lugar de continuas, de d�nde existir, se dice que los cristales�rompen la simetr�a espacial de la naturaleza, la regla usual de que todos los lugares en el espacio son equivalentes. � Pero �qu� pasa con la simetr�a temporal de la naturaleza, la regla de que los objetos estables permanecen igual a lo largo del tiempo? � �
El f�sico ganador del Premio Nobel Frank Wilczek a menudo desarrolla teor�as extravagantes que finalmente entran en la corriente principal.
"Por supuesto que no todo lo que hago funciona", dice.�
Wilczek reflexion� sobre la posibilidad durante meses. � Eventualmente, sus ecuaciones indicaron que los �tomos podr�an, de hecho, formar una red regularmente en el tiempo, volviendo a su disposici�n inicial solo despu�s de intervalos discretos (en lugar de continuos), rompiendo as� la simetr�a del tiempo. � Sin consumir ni producir energ�a, los cristales de tiempo ser�an estables, en lo que los f�sicos llaman su "estado fundamental", a pesar de las variaciones c�clicas en la estructura que los cient�ficos dicen que pueden interpretarse como movimiento perpetuo.
�C�mo puede algo moverse, y seguir movi�ndose para siempre, sin gastar energ�a?�Parec�a una idea absurda, una ruptura importante con las leyes aceptadas de la f�sica. � Pero los art�culos de Wilczek sobre�Quantum Time Crystals�y�Classical Time Crystals�(este �ltimo co-escrito por Alfred Shapere de la Universidad de Kentucky) sobrevivieron a un panel de revisores expertos y se publicaron en�Physical Review Letters�en octubre de 2012. � Wilczek no pretend�a saber si los objetos que rompen la simetr�a del tiempo existen en la naturaleza, pero quer�a que los experimentadores intentaran hacer uno.
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La gran prueba En junio, un grupo de f�sicos liderados por�Xiang Zhang, un nano-ingeniero en Berkeley, y�Tongcang Li, un f�sico e investigador postdoctoral en el grupo de Zhang, propusieron crear un cristal de tiempo en forma de un anillo de carga persistente. �tomos, o�iones. � (Li dijo que hab�a estado contemplando la idea antes de leer los art�culos de Wilczek). � El art�culo del grupo (Space-Time Crystals of Trapped Ions) fue publicado con Wilczek's en�Physical Review Letters.
� Bruno piensa que Wilczek y su compa��a identificaron err�neamente el comportamiento dependiente del tiempo de los objetos en estados energ�ticos excitados, en lugar de sus estados fundamentales.�No hay nada sorprendente en que los objetos con energ�a excedente se muevan de manera c�clica, con el movimiento decayendo a medida que la energ�a se disipa. �
Para
ser un cristal de tiempo, un objeto debe exhibir un movimiento
perpetuo en su estado fundamental.� � Wilczek dijo que aunque el ejemplo no es un cristal de tiempo, no cree que el error,
El debate probablemente no se resolver� sobre bases te�ricas.
Un equipo internacional liderado por cient�ficos de Berkeley est� preparando un elaborado experimento de laboratorio, aunque puede tomar,
... para completar, dependiendo de la financiaci�n o dificultades t�cnicas imprevistas, dijo�Hartmut H�ffner, quien es co-investigador principal con Zhang. � La esperanza es que los cristales del tiempo empujen a la f�sica m�s all� de las leyes precisas, pero aparentemente imperfectas de la mec�nica qu�ntica y gu�en el camino hacia una teor�a m�s grandiosa.
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Construir un anillo de iones En�la teor�a de�la relatividad general�de�Albert Einstein�(el cuerpo de leyes que gobiernan la gravedad y la estructura a gran escala del universo), las dimensiones del tiempo y el espacio se entrelazan en el mismo tejido, conocido como�espacio. tiempo. � Pero en�la�mec�nica�qu�ntica�(las leyes que gobiernan las interacciones en la escala subat�mica), la dimensi�n temporal se representa de una manera diferente a las tres dimensiones del espacio.
Los diferentes tratamientos del tiempo pueden ser una fuente de incompatibilidad entre la relatividad general y la mec�nica qu�ntica, al menos uno sea modificado para que exista una teor�a de la gravedad qu�ntica que abarque todo (considerada como un objetivo importante de la f�sica te�rica). � �Qu� concepto de tiempo es el correcto? � Si los cristales de tiempo son capaces de romper la simetr�a de tiempo de la misma manera que los cristales convencionales rompen la simetr�a de espacio,
Esto sugerir�a que la mec�nica qu�ntica es inadecuada y que una mejor teor�a qu�ntica podr�a tratar el tiempo y el espacio como dos hilos del mismo tejido.� � �
del experimento de cristal de tiempo planeado en la UC-Berkeley. Se utilizar�n campos el�ctricos para corral iones de calcio en una "trampa" de 100 micrones de ancho donde formar�n un anillo cristalino. Los cient�ficos creen que un campo magn�tico est�tico
har� que el anillo gire.�
El equipo dirigido por Berkeley intentar� construir un cristal de tiempo inyectando 100 iones de calcio en una peque�a c�mara rodeada de electrodos. � El campo el�ctrico generado por los electrodos acorralar� los iones en una "trampa" de 100 micrones de ancho, o aproximadamente el ancho de un cabello humano.�Los cient�ficos deben calibrar con precisi�n los electrodos para suavizar el campo. �
Debido a que las cargas similares se repelen, los iones se
espaciar�n de manera uniforme alrededor del borde exterior de la
trampa, formando un anillo cristalino.� � Seg�n los c�lculos del grupo, el anillo i�nico deber�a asentarse en su estado fundamental cuando los iones se enfr�an con l�ser hasta aproximadamente una mil millon�sima parte de un grado por encima del cero absoluto. � El acceso a este r�gimen de temperatura hab�a sido obstruido durante mucho tiempo por el calor de fondo que emanaba de los electrodos de la trampa, pero en septiembre, una�t�cnica innovadora para limpiar los contaminantes de la superficie�de los electrodos permiti� una reducci�n de 100 veces en el calor de fondo de la trampa de iones.
A continuaci�n, los investigadores activar�n un campo magn�tico est�tico en la trampa, que seg�n su teor�a deber�a inducir a los iones a comenzar a girar (y seguir haci�ndolo indefinidamente). �
Si
todo va seg�n lo planeado, los iones se desplazar�n a su punto de
inicio a intervalos fijos, formando una red que se repite
regularmente en el tiempo que rompe la simetr�a temporal.� �
Permanecer� brillante (y revelar� su nueva ubicaci�n) cuando los
otros sean oscurecidos por un segundo l�ser.�
Hasta que eso suceda, algunos f�sicos se mantendr�n profundamente esc�pticos.
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