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Científicos españoles lograron recrear con éxito un nuevo estado de la materia denominada “cristales del tiempo”, gracias a simulaciones que corrieron en el súper ordenador PROTEUS.

Los cristales del tiempo son un estado de la materia cuya existencia fue sugerida por primera vez por el físico Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Estados Unidos, que ganó el Nobel de física en 2012. 

Adquiere este nombre porque la materia emula una estructura cristalina en la cuarta dimensión, el tiempo, en lugar de hacerlo solo en el espacio, y se produce a partir de fluctuaciones extremas en sistemas físicos de muchas partículas.

Los responsables de este avance son físicos de la Universidad de Granada (UGR) y la Universidad de Tübingen (UT, Alemania) y explicaron que estos cristales temporales se caracterizan por realizar un movimiento periódico en el tiempo, es decir, que sus átomos repiten un patrón a través de la cuarta dimensión.

El trabajo fue publicado recientemente en la revista Physical Review Letters, de la American Physica Isociety, una de las publicaciones más prestigiosas en el campo y en él se demuestra que ciertas transiciones de fase dinámicas que aparecen en las fluctuaciones raras de muchos sistemas físicos rompen espontáneamente la simetría de traslación en el tiempo.
“La relatividad de Einstein nos enseñó que el tiempo es de alguna manera flexible, y que está inextricablemente unido al espacio en un todo que conocemos como espacio tiempo. Esta unificación Einsteniana es, sin embargo parcial, ya que el tiempo sigue siendo especial en muchos sentidos- indica el investigador de la UGR Pablo I. Hurtado-.
Los ejemplos abundan: podemos movernos adelante y atrás entre dos puntos cualesquiera en el espacio, pero sin embargo no podemos visitar el pasado; el tiempo tiene una flecha (que apunta hacia donde aumenta la entropía) mientras que el espacio no tiene tal flecha, etc. Es más, las simetrías del tiempo también exhiben peculiaridades interesantes”.

Explorar estos caminos fue la tarea del equipo de investigadores integrado por Rubén Hurtado Gutiérrez, Carlos Pérez Espigares y Pablo Hurtado, del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la UGR, en colaboración con el profesor Federico Carollo, de la UT.Lo hicieron utilizando la supercomputadora PROTEUS, que pertenece al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la UGR, uno de los ordenadores de cálculo científico más potentes de toda España.
Su hallazgo no solo demuestra el noveno estado de la materia plateado por el Nobel Wilczek, sino que supone una ruta inexplorada hasta ahora para construir cristales del tiempo, la cual se basa en la observación reciente de ruptura espontánea de la simetría de traslación temporal en las fluctuaciones de sistemas de muchas partículas.Estos resultados son importantes porque inauguran un camino inexplorado para entender mejor cómo funciona el tiempo y sus simetrías, una cuestión que ocupa a los científicos desde hace miles de años.A nivel práctico, la exitosa simulación enseña cómo se podría crear en un laboratorio estos cristales del tiempo.“Esto es especialmente relevante en campos como la metrología, para el diseño de relojes más precisos, o en computación cuántica, donde los cristales de tiempo pueden utilizarse para simular estados fundamentales o diseñar ordenadores cuánticos más robustos frente a la decoherencia, con las posibilidades tecnológicas que esto conlleva”, dicen los investigadores.



El concepto y la clave de este descubrimiento
Los cristales del tiempo son un área de estudio que está en sus inicios, pero desde ya permiten soñar con impresionantes usos en la ciencia y la tecnología. En 2012, el físico teórico Frank Wilczek propuso este polémico concepto para describir un nuevo estado de la materia que desafiaba las leyes de la física. "Cristales de tiempo", los llamó Wilczek, quien en 2004 ganó el Premio Nobel de física.

¿Qué son los cristales de tiempo, por qué resultan tan extraños y cómo podrían ser una gran avance para la tecnología?
Primero hay tener claro qué es un cristal. En física, un cristal se define como un objeto cuyos átomos están ordenados de tal manera que crean un patrón que se repite.
En un líquido, por ejemplo, las moléculas se distribuyen de manera simétrica, como un enjambre uniforme. En un cristal, en cambio, las moléculas se agrupan formando redes y estructuras que van creando una secuencia.
Por eso, Wilczek aseguró que "los cristales son las sustancias más organizadas de la naturaleza".

Entonces, si un cristal está formado por patrones que se repiten en el espacio, surge la pregunta con la que el asunto se vuelve más interesante: ¿es posible crear un cristal cuyos patrones no se repitan cada cierta distancia, sino cada cierto tiempo?


Romper la simetría
Como se mencionó previamente, un líquido es simétrico, es decir, sus propiedades son iguales en cualquiera de sus puntos. Si de alguna manera se logra romper esa simetría, el líquido deja de ser líquido y se convierte, por ejemplo, en un cristal.
En el ejemplo del agua, en su estado líquido es simétrica, pero al congelarse sus partículas se convierten en cristales que rompen esa simetría, creando un patrón que se repite a lo largo de su estructura.
En su investigación, Hurtado y su equipo querían romper la simetría de un fluido, pero no a lo largo de su espacio, sino del tiempo. Para ello, en una "súpercomputadora" simularon aplicarle al fluido algo llamado "campo externo de empaquetamiento".

Ese campo lo que hace es empujar algunas de las partículas del fluido y frenar a otras, con lo cual se produce una acumulación de partículas que a su vez produce una onda que viaja de manera constante por el sistema.
El resultado fue que el paquete de partículas comenzó a viajar incesantemente por el sistema. Es como si, paradójicamente, su estado de reposo fuera el movimiento constante a lo largo el tiempo. "El sistema forma un paquete compacto de partículas que lo hace viajar en el tiempo", dice Hurtado.
De esa manera surge un estado de la materia que no se comporta como un fluido, pero tampoco como un cristal sólido de los que vemos habitualmente.

¿Para qué pueden servir?
En 2017 algunos trabajos ya habían mostrado de manera experimental la posibilidad de crear otros tipos de cristales de tiempo a nivel cuántico. 
Los cristales del tiempo son un área de estudio que está en sus inicios, pero desde ya permiten soñar con impresionantes usos en la ciencia y la tecnología. Este estado de la materia permite especular, por ejemplo, con la posibilidad de que en un futuro existan máquinas de movimiento perpetuo. Wilczek también menciona que los cristales de tiempo podrían servir para fabricar relojes mucho más precisos y estables que los poderosos relojes atómicos que ya existen. "Serían capaces de realizar medidas exquisitas de la distancia y el tiempo", escribió el físico en Scientific American.  El trabajo de Hurtado fue teórico, pero ya no a nivel cuántico, sino en un sistema clásico, es decir, macroscópico.
Samuli Autti, investigador del departamento de física de la Universidad de Lancaster en Reino Unido, quien no estuvo involucrado en esta investigación, le dice a BBC Mundo que el trabajo de Hurtado "es un gran paso" para comprender mejor los cristales del tiempo que en 2012 comenzó a sugerir Wilczek.
Los cristales del tiempo son un área de estudio que está en sus inicios, pero desde ya permiten soñar con impresionantes usos en la ciencia y la tecnología.
Este estado de la materia permite especular, por ejemplo, con la posibilidad de que en un futuro existan máquinas de movimiento perpetuo.

Wilczek también menciona que los cristales de tiempo podrían servir para fabricar relojes mucho más precisos y estables que los poderosos relojes atómicos que ya existen.
"Serían capaces de realizar medidas exquisitas de la distancia y el tiempo", escribió el físico en Scientific American.
También se refiere a la posibilidad de desarrollar GPS mejorados, nuevos métodos para descubrir depósitos minerales mediante la interacción con la gravedad, o la detección de ondas gravitacionales.
Finalmente, Wilczek comenta que descubrir nuevas formas en las que se puede organizar la materia puede llevarnos a entender mejor los agujeros negros y el espacio-tiempo en el cosmos.
Todo eso aún pertenece al terreno de la especulación, pero quizás algún día llegue el momento en que un cristal de tiempo sea más útil y valioso que el más fino de los diamantes.

Fuentes: Yahoo Noticias, elMundo, Physical Review Letters