Interazioni di cristalli temporali

I cristalli temporali rappresentano una variazione del concetto di cristallo e possono avere delle importanti implicazioni in diversi ambiti tecnologici.

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I cristalli temporali differiscono dai cristalli standard, intesi come stati ordinati della materia in cui la disposizione degli atomi ha una struttura ripetuta.

Teorizzati per la prima volta nel 2012 dal Premio Nobel Frank Wilkzek, e identificati nel 2016, i cristalli temporali sono, invece, stati della materia i cui schemi si ripetono a intervalli fissi di tempo, anziché di spazio. Gli atomi dei cristalli temporali sono in costante moto di oscillazione, di rotazione e si muovono ora in una direzione, ora in un’altra.

I cristalli temporali hanno ampie possibilità di utilizzo in applicazioni pratiche. Possono essere utilizzati per migliorare l’attuale tecnologia degli orologi atomici – dispositivi che segnano il tempo con la più elevata precisione possibile. Potrebbero anche migliorare la tecnologia dei giroscopi e di quei sistemi che si basano sugli orologi atomici, come per esempio i GPS.

Un gruppo internazionale di fisici, guidati dal Dr. Samuli Autti, del Dipartimento di Fisica della Lancaster University, ha pubblicato su Nature Materials uno studio riguardante l’interazione controllata di due cristalli temporali spazialmente separati. Finora, nessuno era mai riuscito a osservare due cristalli temporali nello stesso sistema, men che meno era riuscito a osservare una loro interazione.

L’obiettivo primario di chiunque voglia sfruttare i cristalli temporali per applicazioni pratiche, come per esempio i processi di informatica quantistica, è proprio riuscire a determinare la loro interazione controllata.



Il gruppo di ricerca ha osservato i cristalli temporali utilizzando l’elio-3, un isotopo dell’elio con un neutrone in meno. L’elio-3, un superfluido, è stato raffreddato fino alla temperatura di 0,0001 gradi Kelvin (- 273,15 gradi Celsius). Quindi sono stati creati due cristalli temporali all’interno del superfluido, e sono state create le condizioni affinché questi si toccassero.

I ricercatori sono riusciti a osservare l’interazione dei due cristalli temporali attraverso lo scambio di particelle costituenti oscillanti da un cristallo all’altro e viceversa – un fenomeno noto come effetto Josephson.

S. Autti et al. “AC Josephson effect between two superfluid time crystals”. Nat. Mater, published online August 17, 2020; doi: 10.1038/s41563-020-0780-y

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