Cómo construir un cristal de espacio-tiempo

Artículo publicado el 26 de junio de 2012 en The Physics ArXiv Blog

Nadie ha visto jamás un cristal de espacio-tiempo, mucho menos se ha fabricado. Pero ahora los físicos creen saber cómo lograrlo.

Hace un par de meses echábamos un vistazo a la idea de cristales temporales, una idea propuesta por el ganador del Premio Nobel de física Frank Wilczek y su colega Al Shapere.

Estos tipos examinaron las propiedades fundamentales de los cristales espaciales comunes y se preguntaron por qué no podrían existir objetos similares en la dimensión temporal.

Una de las propiedades básicas de los cristales espaciales es que se forman cuando un sistema cae a su estado de energía más bajo posible.  No son el resultado de añadir energía a un sistema, sino de extraerla. Por completo.

Cristal espacio-temporal

Cristal espacio-temporal


Otra propiedad básica es que cuando estos objetos alcanzan su configuración de energía más baja se produce una ruptura de simetría. En vez de ser igual en todas direcciones, como las leyes de la física, estos objetos son los mismos sólo en unas pocas direcciones. Es esta ruptura de simetría y la estructura periódica que produce lo que define a los cristales.

Wilczek y Shapere defendían de manera convincente que no hay razón por la que no pudieran existir estructuras periódicas similares en el tiempo. Y dicen que encontrarlas daría a los físicos una nueva forma de estudiar los procesos de ruptura de simetría y las leyes de la física subyacentes a la misma.

Sin embargo, hay un problema. Estos chicos no han averiguado cómo crear un cristal temporal.

Esto cambia hoy con el trabajo de Tongcang Li en la Universidad de California en Berkeley y algunos colegas que dicen haber averiguado cómo crearlo. Dicen saber cómo crear un objeto en su estado de energía más bajo que muestre una estructura periódica tanto en el espacio como en el tiempo – un cristal espacio-temporal.

Su idea es notablemente simple. Su cristal espacio-temporal consta de una nube de iones e berilio atrapados en un campo electromagnético circular.  Los iones se repelen de forma natural entre sí y así forman espontáneamente un círculo. Esto es un tipo de cristal iónico espacial, algo con lo que los físicos han estado jugando desde hace años.

Sin embargo, si Wilczek y Shapere están en lo cierto, este anillo de iones debería rotar, incluso cuando se enfría casi hasta el cero absoluto. Tal anillo en rotación es periódico tanto en el espacio como en el tiempo y, por tanto, se convierte en un cristal espacio-temporal.

La idea de un anillo en rotación permanente podría tener incómodas similitudes con un dispositivo de movimiento perpetuo. Pero un cristal espacio-temporal no viola ninguna ley de la física. Esto se debe a que existe en un estado de energía más bajo y, por tanto, no puede realizar ningún trabajo – no puede extraerse energía del sistema incluso aunque se mueva.

Esto es algo más que una mera curiosidad. Una razón por la que los cristales espacio-temporales son interesantes es que su periodicidad en el tiempo hace de ellos unos relojes naturales. Por lo que debería haber mucha gente con algo más de un interés pasajero en crear uno.

Y se hará más pronto que tarde. Debería ser posible crear los cristales espacio-temporales de Tongcang y sus colegas usando trampas de iones de última generación.  No querrán que nadie se les adelante por lo que hay muchas posibilidades de que Tongcang y sus colegas estén creando uno ya. Tal vez ya tienen un cristal espacio-temporal en su laboratorio ahora mismo.

Si este es el caso, deberíamos estar leyendo los detalles sobre este primer cristal espacio-temporal en los próximos días o semanas.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1206.4772: Space-Time Crystals Of Trapped Tons

Fecha Original: 26 de junio de 2012
Enlace Original

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Comments (8)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado el 26 de junio de 2012 en The Physics ArXiv Blog Nadie ha visto jamás un cristal de espacio-tiempo, mucho menos se ha fabricado. Pero ahora los físicos creen saber cómo lograrlo. Hace un par de meses ec……

  2. lucas torres

    Tal vez el problema mas importante es trabajar en tan bajas temperaturas, tanto para crear los cristales como para conservalos y manipularlos. Suerte.

  3. [...] en Fí­sica, Materiales. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web. [...]

  4. Oliver

    Qué queréis que os diga, a mí esto me recuerda a los espejos donde estaban atrapados los malos en Superman II

  5. Fandila

    Pensamos que ninguna estructura de elementos podría estar a una temperatura de cero absoluto. Al menos su energía interna nunca será cero, y habrá un mínmo movimiento exterior que la justifiqueo. No habría movimiento, y por tanto no existiría.
    Por otro lado ese cristal temporal siempre ha de ser de espacio tiempo, ambas magnitudes son relativas entre sí y no pueden desligarse, a no ser que se balanceen en extremo hacia una de ellas. La exactitud de su tiempo no podría ser “exacta” aunque si mayor que la causada por cualquier oscilador al uso si dicho balance espacio tiempo a favor del primero es muy grande.

    Saludos

    • kike

      Desde luego Fandila que tienes unas contestaciones que obligan a pensar(incluso a pensar “demasiado”): si atendemos a tu primera aseveración que dice más o menos que cualquier elemento debe tener un mínimo movimiento para manifestarse, que con el cero absoluto, no podría hacerlo, lo que imposibilitaría su existencia o al menos su manifestación(Que vendría a ser lo mismo), cualquier profano en física como mi misma persona lo podría comprender; en el cero absoluto posiblemente los átomos no podrían realizar su cotidianas funciones, ya que los electrones dejarían de emitir fotones y hasta de cambiar de órbitas, con las importantes consecuencias de ello; al mismo tiempo los espines de las diferentes partículas supongo que a esa mínima temperatura actuarían de diferente forma (aunque desconozco lo que harían).

      Pero por otra parte sabemos (por lo que nos dicen), que las partículas, cuando ya no pueden actuar en su forma natural, manifiestan conductas “antinaturales”, como puedan hacerlo en una estrella de neutrones; y vete a saber si ante el cero absoluto se dedicaran a prácticas también poco ortodoxas, pero al fin y al cabo bastante concluyentes.

      Y sobre lo del balanceo del espacio/tiempo, prefiero ni hablar…..;X

  6. Fandila

    ¿Qué ocurre en la singularidad? ¿La materia ya no es materia’?
    ¿La condensación extrema por ejemplo, implica la inmovilidad? Pero la inmovilidad de qué, cual sería la sustancia. ¿La materia pasaría a otro tipo de manifestación?. ¿Cual que no posea energía, y por tanto movimiento?
    Amigo kike, con lo del balanceo espacio tiempo, quiero expresar, una relación clave entre ellos, a mayor velocidad mayor espacio en menor tiempo.
    Hablar matemáticamente de materias extrañas, no tiene más sentido que cuadrar las teorías o unas ecuaciones muy generales. La lógica no matemática no coincide con ellas. Se nos olvida que la imaginación y la filosofía son las pioneras, las que anteceden a la teoría.
    Ciertamente, la nanotectología, o ésta que se nos expone de pequeños espacio tiempos, ha de cumplir con la lógica y las leyes físicas.
    Las conductas antinaturales que dices en tu comentario no podrían salirse de dichas leyes, en todo caso las ampliarlan, o darían paso a otra dimensión(¿?)

    Un cordial saludo.

  7. fandila

    El estado de energía más bajo viene referido a nuestro estatus particular. Para nuestro interés no hay forma directa de obtener un trabajo aprovechable de esa energía límite. Sin embargo sí que será posible la obtención de la misma en el estatus propio de los elementos en cuestión, es decir en su propia dimensión o para otras menores comprendidas en ella. Si la energía nunca puede ser cero por mínima que sea, sí que será posible de alguna forma su acumulación en un fenómeno extraordinario del tipo Big Bang o eclosiones singulares. Nada tiene que ver esto con los referidos cristales espacio tiempo que se suponen artificiales y controlables por tanto. Desde luego la frecuencia de dichos cristales ha de ser inmensamente mayor que los de cuarzo por ejemplo, la precisión sería proporcional a la tal frecuencia. ¿Cómo conseguir una base de tiempo práctica aplicable mediante esos cristales de energía mínima? ¿Sería “tan sencillo” como construir un reloj atómico o tan problemático como el ordenados cuántico?

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