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| La imagen muestra átomos fríos (en amarillo) en un resonador óptico de camino a formar un cristal de tiempo. Crédito: Universidad de Hamburgo |
Investigadores del Instituto de Física Láser de la Universidad de Hamburgo han conseguido por primera vez un cristal de tiempo que rompe espontáneamente la simetría de traslación del tiempo continuo.
La idea de un cristal de tiempo se remonta al premio Nobel Franck Wilczek, quien propuso por primera vez el fenómeno. Al igual que el agua se convierte espontáneamente en hielo alrededor del punto de congelación, rompiendo así la simetría de traslación del sistema, la simetría de traslación del tiempo en un sistema dinámico de muchos cuerpos se rompe espontáneamente cuando se forma un cristal de tiempo.
En los últimos años, los investigadores ya han observado cristales de tiempo discretos o de Floquet en sistemas cuánticos cerrados y abiertos accionados periódicamente. "Sin embargo, en todos los experimentos anteriores, la simetría de traslación en tiempo continuo se rompe mediante un accionamiento periódico", afirma el Dr. Hans Keßler, del grupo del Prof. Andreas Hemmerich en el Clúster de Excelencia CUI: Advanced Imaging of Matter. "El reto para nosotros era realizar un sistema que rompiera espontáneamente la simetría de traslación en tiempo continuo".
¿Cómo lo lograron?
En su experimento, los científicos utilizaron un condensado de Bose-Einstein dentro de una cavidad óptica de alta finura. Utilizando una bomba independiente del tiempo, observaron una fase de ciclo límite que se caracteriza por oscilaciones periódicas emergentes del número de fotones intracavitarios, acompañadas de ciclos de densidad atómica a través de patrones recurrentes.
Encontraron que la fase temporal de las oscilaciones toma valores aleatorios entre 0 y 2π, como se espera para una simetría continua rota espontáneamente. Al identificar la zona de estabilidad en el espacio de parámetros relevante y mostrar la persistencia de las oscilaciones del ciclo límite incluso en presencia de fuertes perturbaciones temporales, los investigadores demostraron la robustez de la fase dinámica.
Fuentes, créditos y referencias:
Phatthamon Kongkhambut et al, Observation of a continuous time crystal, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abo3382