Fizicienii propun o nouă stare bizară a materiei: ce este cristalul temporal?

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Fizicienii propun o nouă stare bizară a materiei. Un cub de gheață este un cristal în care moleculele de apă sunt organizate într-o structură hexagonală ordonată. Atunci când gheața se topește, această organizare dispare, însă moleculele continuă să păstreze anumite relații structurale cu vecinii lor apropiați. Pornind de la acest fenomen, fizicienii au investigat posibilitatea existenței unui proces asemănător în cazul cristalelor temporale, structuri a căror organizare se manifestă nu doar în spațiu, ci și în timp.

Rezultatul ar putea fi o nouă stare bizară a materiei, denumită „lichid temporal”, în care ordinea temporală pe distanțe scurte se menține, chiar dacă sincronizarea pe termen lung dispare.

Cercetătorii Zuo Wang și Marios H. Michael, de la Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe (Germania), au elaborat un model teoretic pentru a studia acest fenomen. Rezultatele au fost publicate pe platforma arXiv, dar încă nu au fost evaluate de alți specialiști.

Spre deosebire de cristalele obișnuite, ale căror structuri se repetă în spațiu, cristalele temporale prezintă modele de comportament care se repetă periodic în timp. În cazul cristalelor temporale discrete, această periodicitate este determinată de o influență externă, precum un laser, însă sistemul poate oscila la o frecvență diferită de cea a stimulului. De exemplu, cristalul poate efectua o oscilație la fiecare două oscilații ale sursei externe.

Ce este cristalul temporal, această nouă stare bizară a materiei?

Pentru a înțelege comportamentul acestor structuri în condiții instabile, cercetătorii au simulat o rețea bidimensională de spini magnetici care interacționează între ei și sunt influențați de un câmp electromagnetic. Acesta era supus unor fluctuații termice aleatorii, care produceau oscilații aproximativ periodice.

Simulările au evidențiat un comportament surprinzător. În anumite condiții, spinii au început să oscileze la jumătate din frecvența naturală a cavității electromagnetice, deși fluctuațiile care îi influențau erau neregulate.

Totuși, spre deosebire de un cristal temporal convențional, sistemul prezenta întreruperi ocazionale ale sincronizării, trecând între două variante echivalente ale aceluiași ritm. Cercetătorii au numit aceste perturbări „solitoni temporali”.

Aceste defecte distrugeau coerența temporală pe termen lung, fără să elimine complet ordinea locală. Fenomenul seamănă cu topirea gheții, când structura cristalină dispare, dar moleculele păstrează anumite relații cu cele din imediata apropiere. Această stare a fost denumită „lichid temporal discret”.

Importanța temperaturii

Un alt rezultat neașteptat a fost rolul temperaturii. La temperaturi scăzute, fluctuațiile erau prea slabe pentru a genera comportamentul periodic. La temperaturi intermediare, sistemul dezvolta un ritm organizat, în timp ce temperaturile ridicate provocau dispariția ordinii. Astfel, în anumite condiții, creșterea temperaturii poate favoriza apariția ordinii, în loc să o distrugă.

Descoperirea are implicații pentru înțelegerea simetriei de translație temporală, principiul potrivit căruia legile fizicii rămân aceleași indiferent de momentul observației, scrie ScienceAlert.

Cristalele temporale încalcă această simetrie prin apariția unui comportament periodic care diferențiază anumite momente. În schimb, într-un lichid temporal, schimbările ocazionale ale ritmului pot restabili, în medie, această simetrie, chiar dacă ordinea temporală locală persistă.

Această proprietate sugerează că lichidele temporale ar putea exista inclusiv în condiții de echilibru termic, în care formarea cristalelor temporale convenționale nu este considerată posibilă.

Deocamdată, existența lichidelor temporale rămâne o ipoteză teoretică, neconfirmată experimental. Totuși, dacă aceste structuri vor putea fi realizate în laborator, ele ar putea oferi noi perspective asupra relației dintre ordine, dezordine și fluctuațiile care guvernează comportamentul materiei.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii au aflat ce s-a întâmplat în primele cinci minute ale Universului

Astronomii ar fi detectat semnale de la prima coliziune cunoscută de stele neutronice din galaxia noastră

Astronomii au descoperit o stea care strălucește într-o nuanță bizară de verde. Care este explicația?

Nou record istoric: Roverul Perseverance a parcurs cea mai mare distanță pe suprafața unei alte lumi