Los cristales del tiempo son formas inusuales de materia compuestos por partículas que “tic-tac”, lo que significa que se mueven hacia adelante y hacia atrás en ciclos constantes y repetitivos. Los científicos predijeron su existencia hace aproximadamente una década y posteriormente la confirmaron. Aunque aún no se han desarrollado aplicaciones prácticas, estos sistemas se consideran prometedores para futuras tecnologías como la computación cuántica y el almacenamiento avanzado de datos.
Con el tiempo, los investigadores han identificado varios tipos de cristales del tiempo, cada uno con propiedades únicas que podrían ser útiles en diferentes aplicaciones.
Un Nuevo Cristal del Tiempo Levitado por Sonido
Físicos de la Universidad de Nueva York han creado una nueva versión de un cristal del tiempo. En este sistema, partículas diminutas flotan sobre una almohadilla de sonido e interactúan intercambiando ondas sonoras. Durante estas interacciones, las partículas se comportan de una manera que parece violar la Tercera Ley de Newton del Movimiento, que establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta (es decir, las fuerzas siempre ocurren en pares equilibrados). Sin embargo, en este experimento, las partículas no siguen ese equilibrio. En cambio, se mueven de forma no recíproca, lo que significa que sus interacciones son desiguales y no se reflejan mutuamente.
Los resultados, publicados en Physical Review Letters, señalan nuevas posibilidades para el uso de los cristales del tiempo en tecnología e industria. A diferencia de muchos experimentos anteriores, este sistema es visible a simple vista y opera en un dispositivo compacto de aproximadamente 30 centímetros de altura que puede sostenerse en la mano.
“Los cristales del tiempo son fascinantes no solo por las posibilidades que ofrecen, sino también porque parecen tan exóticos y complicados”, afirma el profesor de física David Grier, director del Centro de Investigación de Materia Blanda de la NYU y autor principal del estudio. “Nuestro sistema es notable porque es increíblemente simple”.
Conexiones con la Biología y los Ritmos Circadianos
El estudio, realizado con Mia Morrell, estudiante de posgrado de la NYU, y Leela Elliott, estudiante de pregrado de la NYU, también podría ayudar a los científicos a comprender mejor los sistemas de sincronización biológica, como los ritmos circadianos. Al igual que estos cristales del tiempo, algunos procesos bioquímicos en el cuerpo implican interacciones no recíprocas, incluido el modo en que el cuerpo descompone los alimentos.
Cómo las Ondas de Sonido Mantienen las Partículas Flotando
El cristal del tiempo en sí está hecho de pequeñas cuentas de poliestireno expandido, similares al material de embalaje, que se mantienen en su lugar mediante ondas sonoras. Esta configuración actúa como un “levitador acústico”, lo que permite que las cuentas permanezcan suspendidas y quietas en el aire.
“Las ondas de sonido ejercen fuerzas sobre las partículas, al igual que las olas en la superficie de un estanque pueden ejercer fuerzas sobre una hoja flotante”, explica Morrell. “Podemos levitar objetos contra la gravedad sumergiéndolos en un campo de sonido llamado onda estacionaria”.
Cuando las cuentas levitadas interactúan, lo hacen dispersando ondas de sonido entre sí.
Fuerzas Desiguales y Simetría Rota
Las cuentas más grandes dispersan más sonido que las más pequeñas. Como resultado, una partícula más grande tiene un efecto más fuerte sobre una partícula más pequeña de lo que la partícula más pequeña tiene sobre la más grande. Esto crea un desequilibrio en la forma en que se influyen mutuamente.
“Piensa en dos ferris de diferentes tamaños acercándose a un muelle”, dice Morrell. “Cada uno genera ondas de agua que empujan al otro, pero en diferentes grados, dependiendo de su tamaño”.
Debido a que estas interacciones son transportadas por ondas de sonido, no están limitadas por la Tercera Ley de Newton. Esto permite que las cuentas comiencen a oscilar por sí solas mientras flotan en el aire, produciendo un ritmo constante que refleja las inusuales fuerzas en juego.
La investigación fue apoyada por subvenciones de la National Science Foundation (DMR-21043837, DMR-2428983).
