Nuovi materiali, arrivano i “cristalli di tempo”

Cristallo: un nome che, in fisica, definisce tutti i materiali la cui struttura atomica ha una disposizione regolare nello spazio. Fin qui, poco di strano: le proprietà dei cristalli sono ben note dalla comunità scientifica da centinaia di anni. Almeno quelle dei cristalli tradizionali: nel novero di questi elementi è appena entrato, infatti, un nuovo ospite davvero eccezionale. Si tratta dei bizzarrissimi cristalli di tempo, che oscillano periodicamente senza emettere energia e la cui struttura atomica, per l’appunto, si ripete ciclicamente nel tempo anziché nello spazio. Dopo diverse speculazioni sulla loro esistenza, oggi due équipe indipendenti di ricercatori, della University of Maryland e della Harvard University raccontano di essere finalmente riusciti a mettere a punto questi materiali, creando di fatto uno stato della materia finora inesplorato. I dettagli della scoperta sono stati caricati sul server ArXiv (qui e qui) e sono in attesa di pubblicazione su riviste scientifiche peer-reviewed.

La storia dei cristalli di tempo inizia nel 2012, quando Frank Wilczek, Nobel per la fisica 2012, pubblicò uno studio in cui ne postulava per la prima volta l’esistenza. Un piccolo passo indietro: per i materiali “tradizionali” è definito un particolare stato di equilibrio energetico, il cosiddetto stato fondamentale, in cui la struttura atomica è assolutamente immobile perché ogni movimento implicherebbe un dispendio energetico e l’allontanamento dall’equilibrio. I cristalli di tempo, invece, nell’ipotesi di Wilczek, sono dei materiali in grado di oscillare anche nello stato fondamentale – che in questo caso è uno stato di non equilibrio –, senza che tale oscillazione implichi alcun dispendio energetico. Un po’ come un blocco di gelatina che continua a oscillare quando viene toccato.

“Si tratta di un nuovo stato della materia”, spiega Norman Yao, co-autore di entrambi i lavori. “Particolarmente interessante, perché è uno dei primi esempi di stati lontani dall’equilibrio”. Le équipe di Yao sono riuscite, in particolare, a costruire dei cristalli di tempo, a misurarne le proprietà e addirittura a formulare previsioni su come questi variassero modificando le caratteristiche fisiche dell’ambiente circostante, come ad esempio pressione e temperatura. Naturalmente, una certa dose di scetticismo è ancora d’obbligo, almeno finché le scoperte non avranno superato il processo di revisione dei pari, ma il fatto che il risultato sia stato conseguito indipendentemente da due team diversi lascia ben sperare.

Ecco la “ricetta”: gli scienziati hanno bersagliato 10 ioni di itterbio con due fasci laser, per portarli lontano dallo stato di equilibrio. Senza entrare in dettagli tecnici, gli ioni sono entrati in uno stato di oscillazione ripetuta e costante nel tempo, ovvero, de facto, sono diventati un cristallo di tempo. Un risultato salutato dagli scienziati come “una strada che porta a scenari del tutto inesplorati nella fisica teorica e sperimentale”. Non ci resta che attendere, dunque.