Nueva propuesta teórica para observar cristales de tiempo

Dibujo20140415 Schematic picture of our setup - time crystal experiment proposal

La polémica sobre los cristales de tiempo propuestos por Frank Wilczek en 2012 se resolvió con la demostración de que eran imposibles de observar en laboratorio (no corresponden al estado fundamental del sistema). Ryosuke Yoshii (Univ. Kyoto, Japón) y varios colegas proponen un nuevo diseño que evita este problema y logra que los cristales de tiempo vuelvan a la palestra. Por ahora se trata de un diseño teórico de un experimento, pero nada impide que sea llevado a cabo en los próximos años.

La idea es aplicar dos campos magnéticos a un anillo superconductor cuasi unidimensional, uno que aprovecha el efecto de Aharonov-Bohm y otro el efecto Zeeman en los pares de Cooper. La combinación de ambos campos magnéticos produce un nuevo estado fundamental estable (según las simulaciones numéricas). La existencia de este nuevo estado, llamado Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO), resultado de una rotura espontánea de la simetría temporal, sería la prueba definitiva de la existencia de los cristales de tiempo.

El artículo técnico es Ryosuke Yoshii et al., “Time crystal phase in a superconducting ring,” arXiv:1404.3519 [cond-mat.supr-con], 14 Apr 2014. Más información sobre cristales de tiempo en “Frank Wilczek propone la existencia de cristales de tiempo,” LCMF 16 Oct 2012, “La polémica de los “cristales de tiempo”,” LCMF 10 Ene 2013, y Lisa Zyga, “Physicist proves impossibility of quantum time crystals,” Phys.Org, 22 Aug 2013.

La idea de Wilczek es que la rotura espontánea de la simetría temporal en el estado fundamental de un sistema permite la generación de un estado similar a un cristal, pero con simetría discreta en el tiempo, es decir, un cristal de tiempo. La propuesta original considera un solitón (onda no lineal localizada) en un anillo superconductor que se comporta como estado fundamental del sistema. Sin embargo, se ha demostrado que este solitón no puede ser el estado fundamental de ningún sistema (lo que algunos interpretan como prueba de que los cristales de tiempo no pueden existir).

Dibujo20140415 phase diagram in phi-h plane - arxiv org

La nueva propuesta combina dos campos magnéticos aplicados sobre un anillo superconductor, uno que introduce un flujo magnético de Aharanov-Bohm (AB) y otro que produce un campo magnético estático de Zeeman a lo largo del anillo. El estado fundamental para el efecto AB es un estado de Fulde-Ferrel (FF) y para el campo de Zeeman sobre los pares de Cooper un estado de Larkin-Ovchinnikov (LO). Bajo la presencia simultánea de ambos campos magnéticos el estado fundamental FF muestra un modulación espacial a lo largo del anillo, un nuevo estado fundamental denominado por los autores como FFLO (por Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov). La transición de fase que lleva al estado FFLO es una rotura espontánea de la simetría temporal y el estado FFLO se comporta como un cristal de tiempo.

El estado FFLO aún no ha sido observado en los experimentos. El nuevo artículo técnico presenta simulaciones numéricas (por el método de soluciones autoconsistentes) que indican que se trata de un estado estable. Por tanto, en principio, nada impide que sea observable experimentalmente. De hecho, la existencia de una nueva fase intermedia en la transición de fase entre los estados LO y FF ya fue discutida en el pasado. Sin embargo, dicha propuesta no corresponde con la nueva fase FFLO. Esto podría generar dudas a algunos sobre el nuevo trabajo.

En resumen, una propuesta teórica muy sugerente, la existencia de una nueva fase llamada FFLO que corresponde a un cristal de tiempo, que tendrá que ser explorada mediante experimentos. Quizás exista, como propone el nuevo artículo, o quizás haya algún efecto sutil no considerado en el modelo teórico que impida su existencia. Habrá que estar al tanto de los avances en la física de los cristales de tiempo. Su descubrimiento experimental pondría a Wilczek en la antesala de un segundo Premio Nobel de Física.

5 comentarios

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Fer Sanchez Fer Sanchez

Luego se quejan los científicos de que los medios generalistas amarillean la ciencia. ¿A quién se le ocurre llamar a eso “cristal del tiempo”? ¿Cuál será la imagen que acompañe a ésta información, si se confirma, cuando se publique en las noticias? , ¿la de algo científico, o la del doctor who? Desde el punto de vista del divulgado no experto, da la sensación de que los cientficos actuales son pésimos eligiendo los nombres de las nuevas cosas que descubren.

Pelau Pelau

Francis, esta “rotura espontánea de la simetría temporal” se refiere a la time translational symmetry (que equivale a la conservación de la energía), que hasta donde yo entiendo no es lo mismo que la time reversal symmetry (la simetría T del trío CPT).

O sea que, si entiendo bien, convendría hablar de “rotura espontánea de la simetría translacional temporal” para no inducir a error de interpretación. Desde ya pido mil disculpas si lo que digo es una burrada monumental.

Al margen de lo anterior, acabo de leer el paper de Junren Shi y Zhengqian Cheng (http://arxiv.org/abs/1211.3633) y apenas puedo creerlo. ¿Refrigeración para ordenadores cuánticos? ¡Migajas! Estos tíos proponen el transporte de energía SIN pérdidas. El nombre “teletransporte de calor” le va de perlas.

Saludos.

Sebydeus Sebydeus

Para mi el nombre de cristales de tiempo solo sirve para confundir al comun de la gente. No esta correctamente aplicado en este caso. Y confunde.

sebydeus sebydeus

No es contra del Dr.Villatoro, va, mejor dicho, no es contra de nadie mi comentario. Pero quien propuso llamarlos cristales de tiempo fue Frank Wilczek, y mas que nada fue un nombre marketinero que otra cosa.

Juan R Juan R

Pues yo entiendo que es necesaria la divulgación científica y en ese sentido a veces es posible que se use como herramienta algo de prensa amarilla. Desde mi punto de vista, para mantener la calidad de divulgación lo adecuado sería que el divulgador tenga un campo concreto de especialidad. De la misma forma que Francis en otro post explica que unos científicos con determinada titulación no deberían meterse en trabajos que llevan el nombre de otra especialidad (según él), se puede aplicar al divulgador. Un divulgador de física puede ,sin dudas, abarcar muchos campos, pero si no se dedica el tiempo y la atención suficientes, hay campos que le quedan lejanos en los que corre el riesgo de cometer errores. Incluso cuando esos errores no sean muy importantes o sean de bulto, lo que sucede con la divulgación es que son los conceptos que luego se transmiten y quedan entre el público. Para no salir del ejemplo, y con todo el respeto por el trabajo divulgador de Francis, en algún post sobre cuestiones de biología, neurociencia, genética, se observa que no tiene los conceptos del todo claro y no los transmite correctamente, hace poco repasé algo que escribió sobre la optogenética y sin dudas la técnica y su uso no son tal cual las explica. Pero, insisto, es normal que a algunas cosas no llegue con la fluidez que a las que son cercanas a su formación y trabajo diario.
Otra cosa que gustaría remarcar sobre la divulgación es el poco margen de discusión razonada que se ofrece ya que el divulgador parece que es un oráculo, cuando se le da una razón para discutir o una corrección, no aparece. Aunque los comentarios a veces sean grises, el gris es un color… como otro cualquiera, y bien utilizado contribuye a cuadro en su justa medida.
saludos.

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