Un team di fisici della Washington University di St. Louis (WashU) ha compiuto una scoperta rivoluzionaria, creando un quasicristallo temporale, una forma di materia esotica che sfida le nostre concezioni convenzionali del tempo e del movimento.
Questa innovazione, guidata dal professor Kater Murch e dal professor Chong Zu, segna un passo avanti significativo nella comprensione della fisica quantistica e apre nuove frontiere nella ricerca scientifica.
Creato il quasicristallo temporale, una fase della materia che sfida le leggi del tempo
Per comprendere la portata di questa scoperta, è essenziale familiarizzare con il concetto di cristallo temporale. A differenza dei cristalli tradizionali, come i diamanti o il quarzo, che presentano una struttura atomica ripetuta nello spazio, i cristalli temporali esibiscono una ripetizione di schemi nel tempo. In altre parole, le particelle all’interno di un cristallo temporale oscillano o “ticchettano” a frequenze costanti, creando una struttura cristallina che si estende nella quarta dimensione: il tempo.
Il team della WashU ha fatto un ulteriore passo avanti, creando un quasicristallo temporale, una fase di materia ancora più complessa e interessante. A differenza dei cristalli temporali regolari, che presentano una periodicità precisa nel tempo, i quasicristalli temporali esibiscono una periodicità quasi-cristallina, ovvero una struttura che non si ripete esattamente, ma che presenta comunque un ordine a lungo raggio.
“È una fase completamente nuova della materia“, ha affermato il professor Zu, sottolineando la natura innovativa della scoperta. Questa nuova fase di materia sfida le nostre intuizioni convenzionali sulla fisica e apre la strada a nuove possibilità nella ricerca scientifica.
La creazione del quasicristallo temporale rappresenta un traguardo fondamentale nella fisica quantistica, con potenziali implicazioni in diversi campi. La capacità di controllare e manipolare la periodicità nel tempo potrebbe portare a nuove tecnologie quantistiche, come orologi atomici ultra-precisi, sensori quantistici e dispositivi di memoria quantistica.
Inoltre, lo studio dei quasicristalli temporali potrebbe fornire nuove informazioni sulla natura fondamentale del tempo e sulla relazione tra tempo e materia. Questa ricerca potrebbe anche contribuire a una migliore comprensione dei sistemi complessi e dei fenomeni emergenti.
Nonostante il loro potenziale, i cristalli temporali sono estremamente fragili e sensibili all’ambiente. “In teoria, dovrebbe essere in grado di andare avanti per sempre”, ha detto Zu: “Siamo stati in grado di osservare centinaia di cicli nei nostri cristalli prima che si rompessero, il che è impressionante”.
La sfida principale per i ricercatori è quella di trovare modi per stabilizzare i cristalli temporali e renderli meno sensibili alle perturbazioni esterne. La ricerca in questo settore è ancora in corso e si prevede che porterà a nuove scoperte e innovazioni. La creazione del quasicristallo temporale da parte del team della WashU rappresenta un passo avanti significativo nella ricerca sui cristalli temporali. Questo risultato apre la strada a nuove indagini sulle proprietà e le applicazioni di queste fasi di materia esotiche.
Quasicristallo temporale: un’estensione del concetto di quasicristallo
La recente creazione di un quasicristallo temporale da parte di un team di fisici della Washington University di St. Louis (WashU) rappresenta una svolta significativa nella scienza dei materiali e nella fisica quantistica. Queste strutture esotiche, che esibiscono una periodicità quasi-cristallina nel tempo, aprono nuove strade per la ricerca fondamentale e per lo sviluppo di tecnologie innovative.
Nella scienza dei materiali, i quasicristalli sono sostanze che presentano un ordine a lungo raggio, ma che non possiedono una periodicità regolare. In altre parole, i loro atomi sono disposti in schemi che non si ripetono esattamente nello spazio. I quasicristalli temporali estendono questo concetto alla dimensione del tempo, esibendo una periodicità quasi-cristallina nelle loro oscillazioni.
“Le diverse dimensioni dei quasicristalli del tempo vibrano a frequenze diverse“, ha spiegato Guanghui He, autore principale dello studio: “I ritmi sono molto precisi e altamente organizzati, ma sono più simili a un accordo che a una singola nota”.
Il team della WashU ha creato il suo quasicristallo temporale all’interno di un diamante di dimensioni millimetriche. Hanno bombardato il diamante con fasci di azoto per creare lacune atomiche, ovvero spazi vuoti dove mancavano atomi di carbonio. Gli elettroni che si muovono in queste lacune interagiscono tra loro a livello quantistico, dando origine alle oscillazioni periodiche nel tempo:
“Crediamo di essere il primo gruppo a creare un vero quasicristallo del tempo“, ha affermato He, sottolineando la natura innovativa della loro ricerca.
I quasicristalli temporali, pur essendo una scoperta recente, promettono di avere diverse applicazioni pratiche. La loro sensibilità alle forze quantistiche, come il magnetismo, li rende potenziali candidati per sensori quantistici di lunga durata che non richiedono ricarica. Inoltre, i quasicristalli temporali potrebbero essere utilizzati per la misurazione precisa del tempo. A differenza degli oscillatori al quarzo, che tendono a deviare nel tempo, i cristalli temporali potrebbero mantenere un ticchettio costante con una minima perdita di energia.
Un sensore quasicristallo temporale potrebbe anche misurare più frequenze contemporaneamente, fornendo informazioni dettagliate sulla durata di vita di un materiale quantistico: “Non possiamo ancora dire con precisione l’ora con un cristallo di tempo; possiamo solo farlo ticchettare“, ha detto Zu, sottolineando le sfide che rimangono da superare.
Memoria quantistica a lunga durata: un analogo quantistico della RAM
L’idea di sfruttare i cristalli temporali, e in particolare un quasicristallo temporale, per la realizzazione di computer quantistici rappresenta una frontiera affascinante e potenzialmente rivoluzionaria della tecnologia. La loro caratteristica peculiare, ovvero la capacità teorica di oscillare all’infinito senza perdita di energia, apre scenari impensabili per la gestione e la conservazione dell’informazione quantistica.
In un computer quantistico, l’informazione è codificata in qubit, unità quantistiche che possono esistere in una sovrapposizione di stati. La fragilità di questi stati quantistici, tuttavia, rappresenta una delle principali sfide per la realizzazione di computer quantistici pratici. I cristalli temporali, con la loro capacità di oscillare in modo coerente per periodi prolungati, potrebbero offrire una soluzione a questo problema.
Immaginiamo un quasicristallo temporale in cui le oscillazioni rappresentano i diversi stati di un qubit. In teoria, questo qubit potrebbe mantenere la sua sovrapposizione di stati per un tempo indefinito, senza decadere. Questo renderebbe i cristalli temporali ideali per la realizzazione di memorie quantistiche a lunga durata, analoghe alla RAM (Random Access Memory) dei computer classici.
Come ha sottolineato il professor Zu, la creazione di un quasicristallo temporale rappresenta un “primo passo cruciale” verso la realizzazione di questa visione. La strada da percorrere è ancora lunga e irta di ostacoli. La capacità di controllare e manipolare i cristalli temporali, di leggere e scrivere informazioni quantistiche al loro interno, sono solo alcune delle sfide che i ricercatori dovranno affrontare.
Il potenziale dei cristalli temporali per la tecnologia quantistica si estende ben oltre la semplice conservazione di informazioni. La loro intrinseca stabilità e sensibilità aprono la strada a una serie di applicazioni rivoluzionarie. Immaginiamo orologi atomici di una precisione inimmaginabile, capaci di misurare il tempo con una frazione di secondo impensabile fino a oggi, grazie alla costanza delle oscillazioni di un cristallo temporale.
Pensiamo a sensori quantistici di una delicatezza estrema, in grado di rilevare le più sottili variazioni di campi magnetici, gravitazionali e altre forze, sfruttando la reattività dei cristalli temporali alle perturbazioni quantistiche. E ancora, visualizziamo comunicazioni quantistiche inattaccabili, dove l’informazione viaggia su lunghe distanze codificata negli stati quantistici di un cristallo temporale, garantendo una sicurezza assoluta.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review X.
