¿Qué son los cristales del espacio-tiempo?

Hice una presentación en papel sobre este tema recientemente. Así que esto es lo que sé sobre los cristales del espacio-tiempo.

Un cristal de espacio-tiempo, cristal de tiempo o cristal de cuatro dimensiones, es una estructura teórica periódica en tiempo y espacio. Extiende la idea de un cristal a cuatro dimensiones.

El premio Nobel Frank Wilczek propuso la idea de los cristales de tiempo en 2012. Argumentó que estos objetos hipotéticos pueden exhibir movimiento periódico, como moverse en órbita circular en su estado de energía más bajo o en su estado fundamental. Teóricamente, los objetos en estado fundamental no tienen suficiente energía para moverse en absoluto.

En los años posteriores, otros físicos han propuesto varios argumentos sobre por qué la existencia física de los cristales de tiempo es imposible, y la mayoría de los físicos parecen pensar que los cristales de tiempo son físicamente imposibles debido a sus propiedades extrañas. Aunque los cristales de tiempo no pueden usarse para generar energía útil (ya que molestarlos los hace dejar de moverse) y no violan la segunda ley de la termodinámica, sí violan una simetría fundamental de las leyes de la física.

Sin embargo, ahora en un nuevo artículo publicado en Physical Review Letters, los físicos de la Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB) y Microsoft Station Q (un laboratorio de investigación de Microsoft ubicado en el campus de UCSB) han demostrado que es posible que los cristales de tiempo existir físicamente

Los físicos se han centrado en la implicación de los cristales de tiempo que parece más sorprendente, y es que se predice que los cristales de tiempo romperán espontáneamente una simetría fundamental llamada “simetría de traducción de tiempo”. Para comprender lo que esto significa, los investigadores explican qué es la ruptura espontánea de la simetría.

“La diferencia crucial aquí es entre la ruptura de simetría explícita y la ruptura de simetría espontánea”, dijo el coautor Dominic Else, físico de UCSB, a Phys.org – Noticias y artículos sobre ciencia y tecnología. “Si una simetría se rompe explícitamente, las leyes de la naturaleza ya no tienen la simetría; la ruptura espontánea de la simetría significa que las leyes de la naturaleza tienen una simetría, pero la naturaleza elige un estado que no la tiene”.

Si los cristales de tiempo realmente rompen espontáneamente la simetría de la traducción del tiempo, entonces las leyes de la naturaleza que gobiernan los cristales de tiempo no cambiarían con el tiempo, pero los cristales de tiempo cambiarían con el tiempo debido a su movimiento de estado fundamental, rompiendo espontáneamente la simetría.

Aunque nunca antes se había observado una simetría de traducción de tiempo rota espontáneamente, casi todos los otros tipos de ruptura de simetría espontánea sí lo han sido. Un ejemplo muy común de una simetría rota espontáneamente ocurre en los imanes. Las leyes de la naturaleza no imponen qué lado de un imán será el polo norte y cuál será el polo sur. Sin embargo, la característica distintiva de cualquier material magnético es que rompe espontáneamente esta simetría y elige un lado para ser el polo norte. Otro ejemplo son los cristales ordinarios. Aunque las leyes de la naturaleza son invariables bajo el espacio giratorio o cambiante (traducción), los cristales rompen espontáneamente estas simetrías espaciales porque se ven diferentes cuando se ven desde diferentes ángulos y cuando se desplazan un poco en el espacio.

En su nuevo estudio, los físicos definen específicamente lo que se necesitaría para romper espontáneamente la simetría de la traducción del tiempo, y luego usan simulaciones para predecir que esta simetría rota debería ocurrir en una gran clase de sistemas cuánticos llamados “Floquet-muchos-cuerpos localizados sistemas “. Los científicos explican que el aspecto clave de estos sistemas es que permanecen lejos del equilibrio térmico en todo momento, por lo que el sistema nunca se calienta.

La nueva definición de simetría de traducción de tiempo roto es similar a las definiciones de otras simetrías rotas. Básicamente, cuando el tamaño de un sistema (como un cristal) crece, el tiempo necesario para que un estado de ruptura de simetría decaiga en un estado de respeto de simetría aumenta, y en un sistema infinito el estado de respeto de simetría nunca se puede alcanzar. Como resultado, la simetría de todo el sistema se rompe.

“La importancia de nuestro trabajo es doble: por un lado, demuestra que la simetría de traducción en el tiempo no es inmune a la ruptura espontánea”, dijo la coautora Bela Bauer, investigadora de Microsoft Station Q. “Por otro lado, profundiza nuestra comprensión de que los sistemas de no equilibrio pueden albergar muchos estados interesantes de la materia que no pueden existir en los sistemas de equilibrio “.

Según los físicos, debería ser posible realizar un experimento para observar la ruptura de la simetría de la traducción del tiempo mediante el uso de un gran sistema de átomos atrapados, iones atrapados o qubits superconductores para fabricar un cristal de tiempo, y luego medir cómo evolucionan estos sistemas con el tiempo . Los científicos predicen que los sistemas exhibirán el movimiento oscilante periódico que es característico de los cristales de tiempo e indicativo de una simetría de traducción de tiempo rota espontáneamente.

Estoy bastante seguro de que te refieres al cristal del tiempo. En los términos más simplistas, un Cristal de Tiempo es un cristal tridimensional normal que se extiende a la 4ta dimensión .

En 2012, cuando el físico del MIT Frank Wilczek estaba enseñando una clase sobre cristales, se le ocurrió la idea de crear una estructura cristalina a tiempo. Esencialmente, lo que esto significa es que, en lugar de tener una estructura atómica repetida en el espacio, tienen esa estructura atómica repetida en el tiempo. La receta real para crear el cristal del tiempo fue iniciada por Norman Yao de UC Berkeley.

Siguiendo esta receta, un equipo de físicos dirigido por Chris Monroe, de la Universidad de Maryland, creó los cristales por primera vez utilizando un láser y un montón de átomos de iterbio. La configuración se parecía a esto:

Esencialmente, lo que sucedió aquí es que el equipo disparó un rayo láser a los átomos de iterbio varias veces para que se agitaran. La sacudida ocurre cuando el pulso del láser invierte el giro magnético de un átomo, luego eso invierte el otro y así sucesivamente. Una vez que todo comenzó a sacudirse, continuaron moviéndose en movimientos repetidos. Algo así como un oscilador.

Básicamente, puede pensar en ellos como un Jell-O que se agita, pero no requieren energía para seguir moviéndose. Esta nueva fase de la materia es una de las primeras en los cristales sin equilibrio y aunque su uso no se conoce exactamente por ahora, estos cristales pueden usarse en la creación de computadoras cuánticas.

¡Espero que esto ayude!

¿Qué es un cristal?

Un cristal es simplemente una disposición espacial periódica (de átomos o de otro tipo).

Cuando decimos un cristal, la imagen que nos viene a la mente a menudo se parece al tipo que se muestra a continuación.

Ahora, ¿qué es un cristal de tiempo ?

Un cristal de tiempo o cristal de espacio-tiempo es una estructura teórica periódica en tiempo y espacio. Extiende la idea de un cristal espacial a cuatro dimensiones (desde ser periódico en el espacio hasta ser periódico en el espacio-tiempo). La idea fue propuesta por Frank Wilczek (un reconocido físico y premio Nobel) en 2012.

Su idea era construir una configuración que tuviera un grupo de partículas que se movieran y volvieran periódicamente a su estado original, quizás moviéndose en un círculo (o cualquier camino cerrado), y formando un cristal de tiempo .

Para que este movimiento perpetuo funcione, el sistema no debe (obviamente) irradiar su energía rotacional.

Nota: Este tipo de movimiento es distinto del de las corrientes persistentes en un superconductor, en el que los pares de Cooper giratorios no son cristales de tiempo porque sus funciones de onda son homogéneas, lo que significa que la simetría traslacional del tiempo no se rompe.

Si la simetría de la traducción del tiempo es ininterrumpida, significa que en cualquier momento t1 es efectivamente indistinguible de cualquier otro momento t2, es decir, no hay flujo de tiempo en dicho sistema, por lo tanto, exigir periodicidad en el tiempo no tiene sentido.

Los experimentos ya se han dado cuenta del primer cristal del mundo y ya no es una construcción teórica: ¡los físicos crean el primer cristal del mundo!

Hay mucho más que decir sobre los cristales de tiempo cuántico (incluidas algunas críticas de que los estados fundamentales rotativos son imposibles). Para obtener más información, puede leer el documento original aquí: [arXiv:] Cristales de tiempo cuántico. No dudes en preguntar algo más en los comentarios 🙂

¡Espero que ayude!

¡Paz!

Como Patrick mencionó, los cristales de cuarzo se utilizan para aplicaciones de cronometraje. Todos los relojes actuales que tienen una batería usan un resonador de diapasón de cristal de cuarzo que vibra a 32.768 veces por segundo. (Originalmente se usaron otros tipos de resonadores de cristal de cuarzo, a menudo a diferentes frecuencias, pero pronto se quitó el diapasón a 32,768 Hz.) También utilizan un motor paso a paso para mover la manecilla de segundos (si hay uno) un segundo por segundo . (Sin una manecilla de segundos, es posible que no se pueda observar que la manecilla de los minutos salta muy ligeramente cada segundo, pero lo hace). ¿Por qué esa frecuencia? Porque es 2 a la 15ª potencia. Eso facilita que un circuito digital divida la frecuencia entre dos y quince veces para llegar a un segundo. Estas diapasones son fabricadas por numerosas compañías que utilizan fotolitografía en un proceso desarrollado por Juergen Staudte, fundador de Statek Corporation en Orange, California.

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Un cristal de espacio-tiempo, además de sonar como un cristal de poder de ciencia ficción para algún tipo de unidad espacial, como los cristales de Dilithium de Star Trek , es un cristal extendido a la cuarta dimensión, que tiene una estructura periódica en el tiempo y el espacio. necesita una unidad externa para repetir a tiempo .

En octubre de 2016 , un grupo de investigadores de la Universidad de Maryland (College Park) afirmó haber hecho el primer cristal discreto de espacio-tiempo al atrapar iones de Ytterbium-171 + en una trampa de iones cuadripolares. Los láseres seleccionaron uno de los dos estados de giro, que fueron pulsados ​​por un modulador acústico-óptico para evitar golpear los iones con energía a la frecuencia óptica incorrecta.

Es algo de vanguardia, aunque un poco complicado para mí a esta hora del día (ni siquiera son las 9 de la mañana mientras escribo esto, y realmente debería estar dormido porque dormí muy mal, pero esta es una nueva concepto para mí, y su pregunta despertó mi curiosidad). ¡Pero podría, solo podría , llevarnos a otros descubrimientos muy útiles!

Compruébalo en Wikipedia: cristal espacio-tiempo

Me pregunto si está preguntando qué cristales se pueden usar para regular los relojes. El cristal más común utilizado para este propósito es el cuarzo, debido a sus propiedades piezoeléctricas (cuando se aplica una corriente eléctrica, vibra a una velocidad predecible).

Un cristal de espacio-tiempo, cristal de tiempo o cristal de cuatro dimensiones, es una forma periódica en tiempo y área. Un cristal de espacio-tiempo extiende la idea de un cristal a cuatro dimensiones. Se han hecho análogos del cristal de distancia-tiempo que podría estar en un estado de no equilibrio que desea que una fuerza externa se copie a tiempo.

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