Un team di fisici dell’Università del Colorado è riuscito nell’impresa di costruire un cristallo temporale . Ma non solo: possiamo direttamente vederlo con i nostri occhi, in una serie di strisce color neon. Questi nuovi e promettenti risultati, descritti in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Materials, aprono così la strada a innumerevoli applicazioni tecnologiche del cristallo temporale, come nuove misure anticontraffazione, generatori di numeri casuali, codici a barre bidimensionali e dispositivi ottici.
Il cristallo temporale
Ma di cosa si tratta esattamente? Partiamo dal fatto che i materiali cristallini sono reticoli atomici tridimensionali composti da particelle che si ripetono nello spazio, ovvero è possibile sovrapporre perfettamente qualsiasi sezione del reticolo a un’altra. Un cristallo temporale è, dunque, una strana forma della materia spiegata dalle leggi della meccanica quantistica, la cui struttura atomica si ripete non solo nello spazio, ma anche nel tempo. Le loro particelle, infatti, oscillano con una cadenza temporale che si ripete in modo tale da poter essere anch’essa sovrapposta. In altre parole, sono catene di atomi che pulsano in assenza di energia, restando in movimento nel tempo senza richiedere l’azione di una forza esterna.
La teoria dei cristalli temporali
Come vi abbiamo già raccontato, la teoria dei cristalli temporali è stata formulata nel 2012 dal premio Nobel per la fisica Frank Wilczek, fisico teoria statunitense che si chiedeva se potessero esistere fasi di non equilibrio della materia. Strani materiali, quindi, la cui struttura si muovesse senza dispendio energetico anche nello stato fondamentale – che invece di norma è lo stato di equilibrio, quello in cui la materia è immobile e non dissipa energia. La prima dimostrazione in laboratorio è avvenuta nel 2017 ed è stata descritta in un lavoro su Nature, ma ottenere i cristalli temporale è un compito assai complesso e la loro durata è stata finora di qualche secondo.
L’esperimento
Per creare il loro cristallo temporale, i ricercatori del nuovo studio sono partiti da un cristallo liquido, lo stesso materiale che si trova negli LCD comunemente usati come schermi di orologi e TV e che è composto da molecole a forma di bastoncino che si comportano un po’ come un liquido e un po’ come un cristallo. Inserendolo poi tra lastre di vetro rivestite con un colorante fotosensibile, lo hanno illuminato con particolari tipi di luce affinché le molecole del colorante si polarizzassero, ossia cambiassero il loro orientamento esercitando una pressione sul cristallo liquido. Quest’ultima, infine, ha generato delle pieghe nel cristallo liquido che hanno interagito tra loro in una complessa serie di passaggi, generando uno schema di movimento che si è ripetuto per ore e che era visibile come una serie ondulata di strisce colorate. “Possono essere osservati direttamente al microscopio e persino, in condizioni particolari, a occhio nudo“, ha commentato il co-autore Hanqing Zhao.
