No Time No Space cantava nel Franco Battiato: in settimana un doppio studio pubblicato su Nature ha fatto chiarezza su un tema tanto caro sia agli scienziati che a Doctor Who, l’esistenza dei cristalli di tempo. Il nuovo stato della materia, teorizzato da Frank Wilczek, seppur in maniera diversa dal 2012, è stato confermato in laboratorio da gruppi di scienziati provenienti da Harvard University e dalla University of Maryland.

 

Un cristallo di tempo ha atomi disposti in schemi non solo a livello spaziale, ma anche temporale: il modello infatti rispetto ai cristalli tradizionali contiene uno schema che si ripete nel tempo.

Guido Pagano, proveniente dal Joint Quantum Institute dell’University of Maryland Department of Physics, ci ha parlato dell’importanza della ricerca: “I time crystals (o cristalli di tempo) sono un nuovo stato della materia che esibisce una periodicità temporale ben definita, robusta rispetto a perturbazioni esterne. L’analogia è con i cristalli spaziali, cioè solidi, a cui siamo abituati, in cui gli atomi si dispongono a una distanza (o periodo) ben definito, rompendo la simmetria spaziale traslazionale continua in una simmetria spaziale discreta. I cristalli di tempo sono l’analogo temporale dei solidi, anche se l’analogia non e’ perfetta”.

Wilczek ha offerto il suo disegno teorico, alcuni anni fa, descrivendo una struttura del genere come inevitabile: “La formazione spontanea di un cristallo temporale rappresenta la spontanea emergenza di un orologio”. Pagano però ci ha spiegato la differenza fondamentale tra l’idea proposta dal premio Nobel e il risultato raggiunto dallo studio: “Nella teoria c’è una rottura spontanea della simmetria temporale continua in una discreta (uno stato che oscilla permanentemente), quindi l’analogia con i cristalli spaziali o solidi è perfetta. Nel nostro caso invece la simmetria temporale continua è già rotta in una simmetria discreta determinata dall’oscillazione periodica di periodo T che imponiamo sugli atomi con impulsi laser”.

Sostanzialmente lo stato della materia osservato segue un profilo matematico completamente diverso dalle idee di Wilczek.

Per arrivare dalla teoria allo studio completo del cristallo di tempo l’esperimento è stato complesso e ricco di sfumature, Pagano le ha spiegate in dettaglio: “L’esperimento consiste nell’ imporre una oscillazione periodica al sistema (una catena di 10 ioni di Itterbio 171Yb+ intrappolati con tecniche di laser cooling) a una certa frequenza o periodo con impulsi laser. Il cristallo di tempo si costruisce quando il sistema oscilla esattamente alla metà della frequenza imposta dagli impulsi laser  (o equivalentemente al doppio del periodo). La cosa importante e’ che questa risposta sub-armonica (a metà della frequenza rispetto al drive) e’ robusta a perturbazioni, quindi il time crystal si classifica come vera e propria fase della materia”.

Da tutto questo arriviamo a le applicazioni di uno stato quantico molto complesso: la ricerca può portare a delle idee su come proteggere le informazioni in computer quantistici, che possono essere disturbate da interferenze dal mondo esterno.

Pagano ha concluso: “Queste tecnologie oggi utilizzate in fisica atomica possono essere utilizzate per costruire computer di nuova generazione, che si fondano sulle leggi della meccanica quantistica”.

I fisici lavorano a computer quantistici e sensori magnetici super-sensibili e lo fanno proprio grazie all’unione di questi studi, che hanno quasi completato un panorama tanto complesso quanto intrigante.

 

Gianluigi Marsibilio