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A descoberta dos cristais do tempo
 
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Previsões teóricas da física nem sempre são fáceis de serem comprovadas, entretanto uma das novas teorias da física moderna acabou de ser comprovada. Trata-se dos cristais do tempo, um novo estado da matéria que havia sido previsto em 2012 e comprovado em apenas 5 anos do início da teoria. Os cristais, por definição, são compostos por uma sequencia de átomos que se repetem a partir de um padrão bastante definido espacialmente. No caso dos cristais do tempo esta repetição atômica também acontece, mas não espacialmente e sim temporalmente. A teoria dos cristais do tempo surgiu em 2012, a partir de uma ideia do físico teórico, matemático e ganhador do prêmio Nobel Frank Wilczek, que transferiu uma propriedade dos cristais convencionais, a chamada quebra de simetria, para criar a teoria dos cristais do tempo. A ideia da quebra de simetria não é simples de se entender e explica algumas das grandes novas descobertas da física moderna. A partícula de Higgs que explica a formação de massa a partir de partículas subatômicas, por exemplo, é resultado de uma quebra de simetria. O que Wilczek teorizou em 2012 foi que, se os cristais quebravam sua simetria no espaço, poderia ser que eles também fizessem um quebra de simetria equivalente, porém, nesse caso, a quebra seria em relação ao tempo.

Teoricamente, segundo a ideia de Wilczek, esta modificação temporal dos cristais teria um intervalo regular, na qual a simetria de um cristal se modificaria para frente e para trás em uma de suas propriedades físicas. O mais interessante, é que este conceito vai contra a primeira lei da termodinâmica da física, que indica que um movimento perpétuo, também chamado de moto contínuo, seria impossível. Este conceito em que uma máquina poderia funcionar indefinidamente sem uma fonte de energia constante, sempre foi um dos grandes paradigmas da física, porém com o conceito dos cristais do tempo de Wilczek, e que foi confirmado em 2015 por outros físicos teóricos, este conceito de movimento perpétuo seria possível.

Até 2016, o conceito dos cristais do tempo se manteve apenas no campo teórico. A ideia era que para o movimento perpetuo se iniciar ele necessitaria do acréscimo de uma fonte externa inicial de energia.  A partir deste princípio, e da publicação na revista científica Physical Review Letters das condições para a criação dos cristais do tempo, iniciou-se uma corrida para tentar provar a teoria. O desafio foi aceito por dois grupos de pesquisadores distintos, um deles, composto por pesquisadores da universidade de Maryland iniciou a fonte de energia disparando pulsos de laser em átomos de itérbio, um elemento metálico, prateado e macio, utilizado atualmente na fabricação de alguns tipos de aço. Com este experimento os cientistas conseguiram produzir oscilações nas propriedades atômicas do elemento em intervalos regulares e diferentes daqueles dos pulsos de laser, indicando o comportamento de um cristal do tempo. Um outro grupo de pesquisadores, da Universidade de Harvard, utilizou micro-ondas para perturbar impurezas contidas em cristais de diamantes, também em intervalos bastante regulares e observaram o mesmo tipo de comportamento do itérbio, provando assim a teoria de Wilczek.



A IMPORTÂNCIA DA DESCOBERTA
A comprovação da existência dos cristais do tempo permite um novo desenvolvimento na mecânica quântica, uma parte da física moderna que estuda o movimento de partículas muito pequenas, naqueles em que os efeitos quânticos são relevantes, ou seja, algo em uma proporção de até no máximo 1000 átomos. Para se ter uma ideia, a quebra de simetria de cristais comuns levou à criação dos chamados metamateriais fonônicos e fotônicos. Estes por sua vez, foram utilizados para aumentar a eficiência de fibras óticas e lasers. O que se acredita é que em pouco tempo a quebra de simetria dos cristais do tempo poderão ser utilizadas para se dar um novo salto tecnológico, permitindo o avanço, por exemplo, da computação quântica, utilizando as propriedades dos átomos para processar e armazenar dados.

Apesar da descoberta ser impressionante, alguns pesquisadores, como Jiehang Zhang, da Universidade de Maryland, ressaltam que ainda é muito cedo para se pensar na utilização dos cristais do tempo. Segundo o cientista, um dos responsáveis pela pesquisa com o itérbio, extrapolações de que o sistema seria um moto perpétuo não seriam verdadeiras, ele afirma ainda que os cristais do tempo só poderiam existir se possuírem um pulso de energia repetido e que o movimento de alternância de simetria temporal não irá durar para sempre. Outros pesquisadores também ressaltam a necessidade de novos estudos para verificar se as oscilações irão continuar em períodos prolongados.  

De qualquer maneira, os cientistas das duas universidades, são enfáticos em dizer que os estudos dos cristais do tempo abrem uma nova gama de possibilidades sobre os estudos das fases e estados da matéria, sendo possível alternar a forma da ordenação de partículas atômicas no universo do espaço-tempo. Seria uma versão da física quântica dos experimentos com os fluídos não newtonianos, como aqueles produzidos com amido de milho e água que parecem sólidos quando recebem um impacto, porém se comportam como líquido quando tocados levemente. Certamente o estudo dos cristais do tempo representam um campo novo da física diferente de tudo que já foi estudado em um passado próximo.


UMA NOVA DESCOBERTA
No ano de 2018 uma descoberta relativa aos cristais do tempo iniciou um novo debate sobre o assunto. Um grupo de cientistas descobriu em um tipo de fertilizantes e em um kit de fabricação de cristais destinados ao público infantil um material cristalino que possuía características dos cristais do tempo. Um composto chamado de fosfato monoamônio (MAP). A descoberta foi realizada por físicos da Universidade de Yale e vem intrigando os cientistas sobre a formação destes cristais e até onde podemos encontrá-los. Segundo o físico Sean Barett, autor dos dois mais recentes artigos sobre os cristais do tempo, um publicado na revista Physical Review Letters, e outro publicado na Physical Review B., a busca por novos elementos que se comportavam como os cristais desenvolvidos em Maryland e Harvard ocorreu a partir do desenvolvimento de cristais de fosfato monoamônio desenvolvido por alunos de Yale para experimentos que nada tinham a ver com os cristais do tempo. Segundo o pesquisador estes cristais são muito fáceis de serem obtidos e que as instruções para o seu desenvolvimento são encontradas facilmente na internet.

Até esta descoberta acreditava-se que os cristais do tempo só poderiam ser encontrados em ambientes atômicos mais desordenados, entretanto, após estudos de ressonância magnética nuclear nos cristais de fosfato monoamônio, ficou evidente que havia sido encontrado pela primeira vez, assinaturas cristalinas de tempo em um cristal espacial altamente ordenado.

Segundo Barett, esta nova descoberta teria um grande potencial para aplicações práticas, sendo utilizadas para o desenvolvimento de relógios atômicos muito mais precisos do que os já desenvolvidos até o momento. Além disso, o pesquisador cita ainda, que o desenvolvimento e a descoberta desse novo cristal poderiam melhorar as experiências quânticas de entrelaçamento e melhorar a tecnologia de giroscópios e de equipamentos como o GPS.

Recentemente uma outra equipe produzir um cristal do tempo em um tipo de líquido contendo moléculas em forma de estrela, porém diferente dos cristais de fosfato monoâmonio, este sistema também era desordenado como os encontrados no itérbio e nas impurezas dos diamantes. O que os pesquisadores ainda não conseguem afirmar é se estas características de cristais do tempo poderiam ser encontradas em outros arranjos espaciais ordenados de cristais comuns e porque em muitos dos cristais já estudados está característica simplesmente não aparece. De qualquer maneira, um novo campo da física moderna está aberto e novas descobertas parecem ser apenas uma questão de tempo, exatamente como os cristais.


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