Cientistas criam os primeiros cristais de tempo visíveis usando luz — e eles podem um dia aparecer em notas de US$ 100

Os padrões visíveis produzidos pelos cristais de tempo podem ser usados ​​para armazenamento de dados e projetos antifalsificação.

Com informações de Live Science.

Cientistas desenvolveram os primeiros cristais de tempo visíveis ao olho humano, e um dia eles poderão aparecer nas notas de US$ 100.

Os cristais de tempo emergem das dobras que aparecem quando a luz incide sobre os cristais líquidos — as mesmas encontradas dentro das telas de LCD.

Ao contrário dos cristais de tempo anteriores, essas “listras psicodélicas de tigre” são visíveis, disseram os pesquisadores em um comunicado. Isso dá aos cientistas uma nova janela para investigar essa fase bizarra da matéria e também tem uma série de aplicações práticas, desde telecomunicações a projetos antifalsificação e armazenamento de dados. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 4 de setembro na revista Nature Materials.

“Eles podem ser observados diretamente no microscópio e até mesmo, em condições especiais, a olho nu”, disse o principal autor do estudo, Hanqing Zhao, um estudante de pós-graduação do Departamento de Física da Universidade do Colorado em Boulder, no comunicado.

Propostos pela primeira vez em 2012 pelo físico vencedor do Prêmio Nobel Frank Wilczek, os cristais de tempo são grupos de partículas que se repetem no tempo, assim como outros cristais se repetem no espaço. Esse comportamento é intrigante para os físicos — as leis da física são inteiramente simétricas no espaço e principalmente no tempo, levando a resultados que são os mesmos, independentemente de sua direção no espaço ou no tempo.

Mas os cristais quebram essa simetria, organizando-se em uma direção espacial preferencial. Isso significa que, apesar das leis físicas manterem sua simetria subjacente, essas leis criam resultados diferentes para os cristais, dependendo da direção em que atuam sobre eles.

E da mesma forma que os cristais quebram a simetria no espaço, os cristais temporais a quebram no tempo. Eles existem na menor energia possível permitida pela mecânica quântica e oscilam entre dois estados sem desacelerar.

Essas propriedades notáveis ​​levaram a alegações de que os cristais do tempo são máquinas de movimento perpétuo que violam a segunda lei da termodinâmica, mas não é o caso. Os cristais, que são movidos por fótons, ou partículas de luz, não podem perder ou ganhar energia; tudo o que a luz que os atinge faz é fazê-los repetir seu embaralhamento de dois estados.

Desde a proposta de Wilczek, físicos criaram e estudaram cristais de tempo dentro de diamantes, computadores quânticos e átomos de rubídio excitados centenas de vezes seu tamanho típico. No entanto, esses cristais não podem ser vistos diretamente e, em vez disso, são estudados por meio das flutuações da luz laser.

Para projetar seus cristais de tempo visíveis, os pesquisadores responsáveis ​​pelo novo estudo intercalaram cristais líquidos — moléculas em forma de bastão que se comportam tanto como sólidos quanto como líquidos — entre dois pedaços de vidro revestidos com tinta. Se forem comprimidos da maneira correta, essas moléculas formam dobras que podem se mover e até se comportar como átomos.

“Você tem essas torções e não consegue removê-las facilmente”, disse o coautor do estudo, Ivan Smalyukh, professor de física na Universidade do Colorado em Boulder, no comunicado. “Elas se comportam como partículas e começam a interagir umas com as outras.”

Ao incidir luz sobre os pedaços de vidro, os cientistas fizeram com que as moléculas de corante que os revestiam se deslocassem em resposta, comprimindo os cristais líquidos, formando milhares de novas dobras que dançavam pela solução em interações que se repetiam regularmente ao longo do tempo. Mesmo quando os pesquisadores aumentavam ou diminuíam a temperatura, os movimentos das dobras permaneciam inalterados.

“Tudo nasce do nada”, disse Smalyukh. “Basta acender uma luz, e todo este mundo de cristais do tempo emerge.”

Além dos avanços na física fundamental, os pesquisadores afirmam que seu novo sistema poderá um dia ser desenvolvido em “marcas d’água temporais”, cujos padrões distintos tornarão as notas de maior valor mais difíceis de falsificar. O empilhamento dos cristais também pode criar padrões ainda mais complexos, capazes de armazenar grandes quantidades de dados.

“Não queremos impor limites às aplicações neste momento”, disse Smalyukh. “Acredito que há oportunidades para levar essa tecnologia em todas as direções.”

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