Cristais de tempo saem do ambiente quntico rumo ao nosso mundo clssico

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 15/10/2021

Cristais de tempo saem do ambiente qu

Este o primeiro cristal de tempo aberto ao ambiente.
[Imagem: Hans Kebler et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.043602]

Cristal de tempo aberto

Um cristal de tempo uma fase nica e extica da matria prevista pela primeira vez pelo fsico Frank Wilczek, em 2012.

Os cristais de tempo so anlogos temporais dos cristais convencionais, j que ambos so baseados em padres repetitivos. A diferena que os cristais comuns so padres de tomos ou molculas que se repetem no espao 3D, enquanto os cristais de tempo so caracterizados por mudanas ao longo do tempo que ocorrem em um padro definido – acredita-se que eles possam at mesmo sobreviver ao fim do Universo.

Sua curta histria j lhes valeu diversas descries que incluram “bobagem”, “curiosidade terica”, “impossibilidade prtica” e outras, at que eles foram demonstrados experimentalmente e, mais recentemente, filmados.

Agora, Hans Kebler e colegas da Universidade de Hamburgo, na Alemanha, conseguiram finalmente construir um cristal de tempo “aberto”, ou seja, em contato com o ambiente, diferente dos experimentos anteriores, todos baseados em sistemas qunticos altamente isolados e livres de interferncias.

“At agora, os cristais de tempo que foram demonstrados por vrios grupos exigiam um isolamento cuidadoso do ambiente, uma vez que a dissipao tem o efeito indesejvel de ‘derreter’ esses cristais de tempo,” disse Kebler. “O detalhe nico sobre o cristal de tempo em nossa configurao de cavidade atmica seu papel positivo na preveno da dissipao, j que ele ajuda a estabilizar a dinmica do sistema. A demonstrao da ordem cristalina de tempo em um sistema aberto , portanto, a conquista mais importante do nosso estudo.”

A equipe j est planejando construir um cristal de tempo no apenas aberto, mas tambm contnuo, o que significa que ele poder oscilar mesmo na ausncia de um “relgio” marcador dos passos da transio de fase.

Cristais de tempo saem do ambiente qu

Duas equipes comprovaram que os cristais de tempo podem ser descritos pela fsica clssica.
[Imagem: Andrea Pizzi et al. – 10.1103/PhysRevB.104.094308 e Bingtian Ye et al. – 10.1103/PhysRevLett.127.140603]

Cristal de tempo do mundo clssico

Mas h outra novidade na rea, mostrando que podemos esperar muito mais no campo dos cristais de tempo.

Desde que comearam a levar o assunto a srio, os fsicos haviam concordado que os cristais de tempo seriam resultado de um genuno efeito quntico de no-equilbrio.

No entanto, ao empregar simulaes numricas em grande escala, duas equipes independentes descobriram que certos tipos de cristais de tempo, conhecidos como pr-termais, podem ser descritos usando equaes puramente clssicas de movimento.

As simulaes mostram que os sistemas de muitos corpos de spins clssicos exibem todas as caractersticas bsicas dos cristais de tempo qunticos, indicando que os cristais de tempo pr-termal so um efeito clssico.

A descoberta indica que uma descrio baseada unicamente na fsica clssica pode ser suficiente para descrever esses cristais de tempo e, mais do que isso, indica que eles podem ser criados experimentalmente fora dos aparatos muito restritivos usados at agora, que envolvem spins de ncleos atmicos, ons aprisionados ou tomos ultrarresfriados.

As duas equipes descobriram que as interaes de curto alcance – pelas quais cada spin interage apenas com os spins prximos – so suficientes para que os cristais de tempo permaneam estveis em duas ou trs dimenses. E interaes de curto alcance podem ser mais facilmente controladas experimentalmente do que as interaes de longo alcance.

Alm do mais, a correspondncia clssica promete guiar os pesquisadores no desenvolvimento de um quadro terico simples dos cristais do tempo, permitindo-lhes, em ltima anlise, prever e controlar o comportamento cristalino do tempo em diversas plataformas experimentais – eventualmente alguma que permita que nossos “olhos clssicos” vejam um cristal do tempo “desdobrando-se” nessa transio de fase recm-sada da cabea de um fsico criativo.

Bibliografia:

Artigo: Observation of a Dissipative Time Crystal
Autores: Hans Kebler, Phatthamon Kongkhambut, Christoph Georges, Ludwig Mathey, Jayson G. Cosme, Andreas Hemmerich
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 127, 043602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.043602

Artigo: Classical approaches to prethermal discrete time crystals in one, two, and three dimensions
Autores: Andrea Pizzi, Andreas Nunnenkamp, Johannes Knolle
Revista: Physical Review B
Vol.: 104, 094308
DOI: 10.1103/PhysRevB.104.094308

Artigo: Floquet Phases of Matter via Classical Prethermalization
Autores: Bingtian Ye, Francisco Machado, Norman Y. Yao
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 127, 140603
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.140603

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