Caros colegas e amigos de @s @s,
Um querido colega compartilha conosco este artigo publicado em 8 de julho de 2024 na seção de notícias de pesquisa do portal da Universidade de Tecnologia de Viena (TU-WIEN) e traduzido por nós para este espaço. Vamos ver do que se trata...
Um cristal é um arranjo de átomos que se repete no espaço, em intervalos regulares: em cada ponto, o cristal parece exatamente o mesmo.
Em 2012, o Prêmio Nobel Frank Wilczek colocou a questão: poderia haver também um cristal do tempo, um objeto que se repete não no espaço, mas no tempo? E seria possível que um ritmo periódico surgisse, mesmo que nenhum ritmo específico fosse imposto ao sistema e a interação entre as partículas fosse completamente independente do tempo?
Durante anos, a ideia de Frank Wilczek causou muita polêmica. Alguns consideraram que os cristais de tempo eram inicialmente impossíveis, enquanto outros tentaram encontrar brechas no conceito e criar cristais de tempo sob certas condições especiais.
Agora, um tipo particularmente espetacular de cristal do tempo foi criado com sucesso em Universidade Tsinghua na China, com o apoio da TU Wien na Áustria.
A equipe usou luz laser e tipos especiais de átomos, especificamente átomos de Rydberg, com um diâmetro várias centenas de vezes maior que o normal. Os resultados foram publicados na revista Física da natureza.
Ruptura espontânea da simetria
O tique-taque de um relógio também é um exemplo de movimento temporariamente periódico. No entanto, isso não acontece por si só: alguém deve ter ligado o relógio e ligado em um determinado horário. Esse horário de início determinou o momento dos tiques. É diferente com um cristal do tempo:
De acordo com a ideia de Wilczek, uma periodicidade deve surgir espontaneamente, embora na realidade não haja diferença física entre diferentes momentos no tempo.
“A frequência dos tiques é predeterminada pelas propriedades físicas do sistema, mas os momentos em que eles ocorrem são completamente aleatórios; isso é conhecido como ruptura espontânea da simetria”, explica o professor Thomas Pohl do Instituto de Física Teórica da TU Wien.
Pohl foi responsável pela parte teórica do trabalho de pesquisa que levou à descoberta de um cristal do tempo na Universidade Tsinghua, na China: um recipiente de vidro cheio de gás de átomos de rubídio foi iluminado com luz laser. A intensidade do sinal luminoso que atinge a outra extremidade do recipiente foi medida.
“Na verdade, é um experimento estático no qual nenhum ritmo específico é imposto ao sistema”, diz Pohl. “As interações entre a luz e os átomos são sempre as mesmas, o feixe de laser tem uma intensidade constante. Mas, surpreendentemente, descobriu-se que a intensidade que atinge a outra extremidade da célula de vidro começa a oscilar em padrões muito regulares.”
Átomos gigantes
A chave do experimento foi preparar os átomos de uma forma especial: os elétrons de um átomo podem orbitar o núcleo em caminhos diferentes, dependendo da quantidade de energia que eles têm. Se a energia for adicionada ao elétron mais externo de um átomo, sua distância do núcleo atômico pode se tornar muito grande.
Em casos extremos, pode estar várias centenas de vezes mais distante do núcleo do que o normal. Dessa forma, átomos com uma concha eletrônica gigante são criados: os chamados átomos de Rydberg.
“Se os átomos em nosso recipiente de vidro são preparados nos estados de Rydberg e seu diâmetro se torna enorme, as forças entre esses átomos também se tornam muito grandes”, explica Pohl.
“E isso, por sua vez, muda a forma como eles interagem com o laser. Se você escolher a luz laser de forma que ela possa excitar dois estados diferentes de Rydberg em cada átomo ao mesmo tempo, será gerado um circuito de feedback que causa oscilações espontâneas entre os dois estados atômicos, o que, por sua vez, também leva à absorção da luz oscilante.”
Sozinhos, os átomos gigantes marcam uma batida regular, e essa batida se traduz no ritmo da intensidade da luz que chega ao final do recipiente de vidro.
“Criamos um novo sistema aqui que fornece uma plataforma poderosa para aprofundar nossa compreensão do fenômeno do cristal do tempo de uma forma muito próxima da ideia original de Frank Wilczek”, diz Pohl.
“Para os sensores, oscilações precisas e autossustentadas poderiam ser usadas, por exemplo. Átomos gigantes com estados de Rydberg já foram usados com sucesso para esse tipo de técnica em outros contextos.”
