I cristalli di tempo: una nuova forma della materia

Esiste un nuovo stato della materia in cui anche il tempo può essere ingabbiato in cristallo. A darne annuncio su Nature due gruppi distinti di ricercatori delle Università americane di Harvard e del Maryland che hanno annunciato di essere riusciti a costruire "cristalli di tempo".

Questo particolare condizione della materia era stata prevista già nel 2012 dall'allora Premio Nobel per la Fisica, Frank Wilczek. Principale autore della ricerca è Christopher Monroe dell'Università del Maryland. È stato lui che, lavorando su alcuni cristalli di itterbio, è riuscito a creare le condizioni per le quali iniziassero ad oscillare. Insieme a lui hanno lavorato diversi altri gruppi di ricerca tra cui anche alcuni dell'Università del Texas di Austin.

Secondo i ricercatori, quello raggiunto in questa sperimentazione è un nuovo stato della materia che è quello di quasi equilibrio. Lo stato fondamentale dovrebbe essere di equilibrio assoluto, invece questi cristalli riescono comunque ad "agitarsi" senza però necessità di assorbire energia per farlo. Non si tratta del moto perpetuo, ma di particolari fenomeni che caratterizzano la materia nei suoi stati quantistici.

"Albert Einstein - spiega Valerio Rossi Albertini, ricercatore dell'Istituto di Struttura della Materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ism-Cnr) - sosteneva che tutte le leggi fondamentali di natura dovessero discendere da uno schema geometrico semplice, una simmetria. In fisica, la simmetria è un concetto ancora più ampio: indica che facendo una certa operazione le cose non cambiano. Nel caso precedente, l'operazione è invertire la destra con la sinistra, ma può anche consistere nello spostare un oggetto da un punto all'altro dello spazio: siccome l'oggetto rimane invariato, diciamo che c'è una simmetria per spostamento".

Stessa cosa accade quando ci riferiamo al tempo: se un sistema non cambia al trascorrere del tempo, diciamo che è temporalmente simmetrico, così come prima lo era spazialmente. Ora, "la simmetria spaziale - spiega Rossi Albertini - può non essere continua (come nel caso di un oggetto che rimane uguale a se stesso in ogni punto del suo percorso), ma a salti. Ad esempio, una collana ben tesa di perle identiche è un oggetto con una simmetria a salti: le perle si succedono con regolarità, a distanza fissa. La stessa cosa può essere pensata nel tempo: un sistema che riassume le stesse caratteristiche ogni tot secondi, cioè che non rimane uguale a se stesso in ogni istante, ma "a salti" nel tempo, ovvero ad intervalli regolari.

Ad esempio, si può pensare ad un'elica di mulino che gira su se stessa a velocità costante: ogni pala occupa la posizione della pala precedente ogni frazione di giro. In fisica, si definiscono cristalli i sistemi formati da atomi disposti (in tre dimensioni), in modo analogo alla collana, ovvero, con equispaziati in lunghezza, larghezza e profondita". In questo caso, continua il fisico del CNR, "i ricercatori sono riusciti a realizzare un sistema microscopico che ha la caratteristica di regolarità "a salti" anche nel tempo, e che -per analogia con il cristallo propriamente detto- è stato definito "cristallo temporale".

I cristalli temporali hanno proprietà uniche, ancora da comprendere fino in fondo, ma già si intravede la possibilità di un loro impiego nei computer di nuova generazione (quantistici), per una crittografia a prova di qualunque tentativo di violazione e come campioni ideali per la comprensione profonda della fisica che presiede al microcosmo dell'infinitamente piccolo, tanto diversa da quella che governa il mondo a cui siamo abituati". Secondo i ricercatori, quello raggiunto in questa sperimentazione è un nuovo stato della materia. Lo stato è quello di quasi equilibrio.

Lo stato fondamentale dovrebbe essere di equilibrio assoluto, invece questi cristalli riescono comunque ad "agitarsi" senza però necessità di assorbire energia per farlo. Non si tratta del moto perpetuo, ma di particolari fenomeni che caratterizzano la materia nei suoi stati quantistici.