Un equipo de la Universidad TU Dortmund logró recientemente producir un cristal del tiempo muy duradero que vivió millones de veces más de lo que se pudo demostrar en experimentos anteriores. Con ello corroboraron un fenómeno sumamente interesante que el premio Nobel Frank Wilczek postuló hace unos diez años y que ya se había introducido en las películas de ciencia ficción. Los resultados se han publicado ahora en Nature Physics .

Los cristales o, para ser más precisos, los cristales en el espacio, son disposiciones periódicas de átomos en grandes escalas de longitud. Esta disposición confiere a los cristales su aspecto fascinante, con facetas suaves como en las piedras preciosas. Como la física trata a menudo el espacio y el tiempo en el mismo nivel, por ejemplo en la relatividad especial, Frank Wilczek, físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y ganador del Premio Nobel de Física, postuló en 2012 que, además de cristales en el espacio, también debe haber cristales en el tiempo. Para que este sea el caso, dijo, una de sus propiedades físicas tendría que comenzar a cambiar espontáneamente y periódicamente en el tiempo, aunque el sistema no experimente la correspondiente interferencia periódica.

Que tales cristales del tiempo pudieran ser posibles fue tema de debate científico controvertido durante varios años, pero llegó rápidamente a las salas de cine: por ejemplo, un cristal del tiempo jugó un papel central en la película de Marvel Studios Avengers: Endgame (2019). A partir de 2017, los científicos han logrado demostrar en varias ocasiones la existencia de un potencial cristal del tiempo. Sin embargo, se trataba de sistemas que, a diferencia de la idea original de Wilczek, están sujetos a una excitación temporal con una periodicidad determinada, pero luego reaccionan con otro período dos veces más largo. Un cristal que se comporta periódicamente en el tiempo, aunque la excitación es independiente del tiempo, es decir, constante, no se demostró hasta 2022 en un condensado de Bose-Einstein. Sin embargo, el cristal vivió sólo unos pocos milisegundos.

Los físicos de Dortmund, dirigidos por el Dr. Alex Greilich, han diseñado un cristal especial de arseniuro de indio y galio, en el que los espines nucleares actúan como depósito para el cristal del tiempo. El cristal se ilumina continuamente de modo que se forma una polarización del espín nuclear mediante la interacción con los espines de los electrones. Y es precisamente esta polarización del espín nuclear la que genera espontáneamente oscilaciones, equivalentes a un cristal de tiempo. El estado de los experimentos en este momento es que la vida útil del cristal es de al menos 40 minutos, diez millones de veces más de lo que se ha demostrado hasta ahora, y potencialmente podría vivir mucho más.

Es posible variar el período del cristal en amplios rangos cambiando sistemáticamente las condiciones experimentales. Sin embargo, también es posible desplazarse hacia zonas donde el cristal se “derrite”, es decir, pierde su periodicidad. Estas zonas también son interesantes, ya que entonces se manifiesta un comportamiento caótico, que puede mantenerse durante largos períodos de tiempo. Esta es la primera vez que los científicos pueden utilizar herramientas teóricas para analizar el comportamiento caótico de tales sistemas.

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