Come costruire un cristallo spazio-temporale

Un paio di mesi fa, abbiamo esaminato la nozione di cristalli temporali, un'idea avanzata dal fisico vincitore del premio Nobel Frank Wilczek e dal suo amico Al Shapere.

Questi ragazzi hanno esaminato le proprietà fondamentali dei normali cristalli spaziali e si sono chiesti perché oggetti simili non potessero esistere nella dimensione del tempo.

Una delle proprietà di base dei cristalli spaziali è che si formano quando un sistema scende al suo stato energetico più basso possibile. Non sono il risultato dell'aggiunta di energia a un sistema, ma della sottrazione. Tutto.

Un'altra proprietà di base è che quando questi oggetti raggiungono la loro configurazione di energia più bassa, la loro simmetria si rompe. Invece di essere gli stessi in tutte le direzioni, come le leggi della fisica, questi oggetti diventano gli stessi solo in alcune direzioni. È questa rottura della simmetria e la struttura periodica che produce che definisce i cristalli.

Wilczek e Shapere hanno sostenuto in modo convincente che non c'è motivo per cui strutture periodiche simili non possano esistere nel tempo. E hanno detto che trovarli avrebbe dato ai fisici un nuovo modo di studiare il processo di rottura della simmetria e le leggi della fisica che vi sono dietro.

C'era solo un problema, tuttavia. Questi ragazzi non avevano capito come costruire un cristallo del tempo.

Oggi le cose cambiano con il lavoro di Tongcang Li all'Università della California, Berkeley e alcuni amici che dicono di aver capito come farlo. Questi ragazzi dicono di sapere come creare un oggetto nel suo stato energetico più basso che mostra una struttura periodica sia nello spazio che nel tempo: un cristallo spazio-temporale.

La loro idea è straordinariamente semplice. Il loro cristallo spazio-temporale è costituito da una nuvola di ioni di berillio intrappolati in un campo elettromagnetico circolare. Gli ioni si respingono naturalmente e formano così spontaneamente un cerchio. È un tipo di cristallo ionico spaziale, qualcosa con cui i fisici hanno giocato per anni.

Tuttavia, se Wilczek e Shapere hanno ragione, questo anello di ioni dovrebbe ruotare, anche se raffreddato quasi allo zero assoluto. Tale anello rotante è periodico sia nello spazio che nel tempo e quindi diventa un cristallo spazio-temporale.

L'idea di un anello rotante permanente potrebbe avere paralleli scomodi con un dispositivo di movimento perpetuo. Ma un cristallo spazio-temporale non viola nessuna legge della fisica. Questo perché esiste nel suo stato energetico più basso e quindi non può fare lavoro: l'energia non può essere estratta da questo sistema anche se è in movimento.

È più di una semplice curiosità. Uno dei motivi per cui i cristalli spazio-temporali sono interessanti è che la loro periodicità nel tempo li rende orologi naturali. Quindi dovrebbero esserci molte persone con più di un passaggio interessante nel crearne uno.

E questo dovrebbe essere prima piuttosto che dopo. Il cristallo spazio-temporale di Tongcang e co dovrebbe essere possibile realizzare ora utilizzando trappole ioniche all'avanguardia. Non vorranno che nessuno rubi una marcia su di loro, quindi ci sono buone probabilità che Tongcang e co ne stiano costruendo uno ora. Forse ora hanno un cristallo spazio-temporale nel loro laboratorio.

Se è così, dovremmo leggere i dettagli sul primo cristallo spazio-temporale nei giorni e nelle settimane a venire.

Rif: arxiv.org/abs/1206.4772 : Cristalli spazio-temporali di tonnellate intrappolate

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