Um cristal de tempo éuma fase única e exa³tica da matéria prevista pela primeira vez pelo fa­sico americano Frank Wilczek em 2012. Os cristais de tempo são ana¡logos temporais de cristais espaciais mais convencionais, pois ambos são baseados em estruturas caracterizadas por padraµes repetidos.

Em vez de formar padraµes repetitivos no espaço tridimensional (3D), como fazem os cristais espaciais, os cristais de tempo são caracterizados pormudanças ao longo do tempo que ocorrem em um padrãodefinido. Embora algumas equipes de pesquisa tenham conseguido realizar essas fases exa³ticas da matéria, atéagora, essas realizações são foram alcana§adas usando sistemas fechados. Isso levantou a questãode saber se os cristais de tempo também poderiam ser realizados em sistemas abertos, na presença de dissipação e de coeraªncia.

Pesquisadores do Instituto de Fa­sica do Laser da Universidade de Hamburgo perceberam recentemente um cristal de tempo em um sistema qua¢ntico aberto pela primeira vez. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , pode ter implicações importantes para o estudo de fases exa³ticas da matéria em sistemas qua¢nticos.

"O objetivo principal de nossa pesquisa éinvestigar as fases dina¢micas da matéria, conhecidas por como suas propriedades mudam ao longo do tempo de maneira ordenada", disse Hans KeaŸler, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Durante meus estudos de Ph.D., meus colegas e eu investigamos a transição de fase de um BEC homogaªneo para uma fase super-radiante auto-ordenada e esta¡vamos estudando como o sistema reage em uma tempera de um estado estaciona¡rio para outro."

Como nenhum estado fa­sico éinatamente esta¡vel, o pra³ximo passo da pesquisa anterior realizada por KeaŸler e seus colegas foi investigar as fases dina¢micas da matéria. Estas são essencialmente transições atravanãs das quais os materiais mudam suas propriedades ao longo do tempo.

O objetivo principal do estudo recente dos pesquisadores foi realizar um cristal de tempo dissipativo em um ambiente de laboratório. Para fazer isso, eles usaram um sistema qua¢ntico de muitos corpos fortemente acoplado a uma cavidade a³ptica de banda estreita .

"Foi crucial para nossos experimentos que o campo de luz dentro do ressonador e a densidade do sistema de muitos corpos evolua­ssem na mesma base, o que édado pela largura da banda da cavidade e a frequência correspondente a um aºnico recuo fota´nico, respectivamente," KeaŸler explicou. "Esta situação éúnica em nosso sistema a¡tomo-cavidade e abre a possibilidade de estudar as fases dina¢micas da matéria."

Como os sistemas fa­sicos reais nunca estãototalmente isolados de seus arredores, eles são suscetíveis a  dissipação (ou seja, perda ou desperda­cio de energia). Isso torna difa­cil ou impossí­vel realizar sistemas qua¢nticos que são realmente fechados por períodos de tempo arbitra¡rios. Isso éo que inspirou KeaŸler e seus colegas a tentarem a realização de um cristal de tempo em um sistema qua¢ntico aberto.

"Atéagora, os cristais de tempo que foram demonstrados em vários grupos exigiram um isolamento cuidadoso do ambiente, uma vez que a dissipação tem o efeito indesejável de 'derreter' esses cristais de tempo", disse KeaŸler. "A única coisa sobre o cristal de tempo em nossa configuração de cavidade do a¡tomo éseu papel positivo na prevenção da dissipação, pois ajuda a estabilizar a dina¢mica do sistema. A demonstração da ordem cristalina do tempo em um sistema aberto anã, portanto, a conquista mais importante de nosso estudo . "

O estudo recente desta equipe de pesquisadores oferece fortes evidaªncias de que um cristal de tempo discreto pode existir em um sistema de cavidade de a¡tomo aberto e dirigido. KeaŸler e seus colegas estãoagora tentando realizar um cristal de tempo conta­nuo usando o mesmo sistema de cavidade de a¡tomo que usaram em seu trabalho recente.

A principal diferença entre este cristal de tempo dissipativo conta­nuo e o cristal de tempo dissipativo discreto realizado como parte de seu estudo recente éque o primeiro oscila mesmo na ausaªncia de um impulso peria³dico de tempo. Como resultado dessa oscilação, o novo cristal que eles estãoinvestigando quebra espontaneamente uma simetria de tradução de tempo conta­nua.

"Como propusemos para o cena¡rio delineado em nosso artigo recente, nosso sistema de cavidades atômicas mudara¡ para um estado da matéria caracterizado por oscilações peria³dicas em alguma frequência intra­nseca", acrescentou KeaŸler. "A fase relativa das oscilações em tal cristal de tempo deve assumir qualquer valor entre 0 e 2pi. Isso émuito diferente de cristais de tempo discretos , em que a fase relativa são pode ser 0 ou pi. De certa forma, um processo conta­nuo o cristal do tempo estãomais pra³ximo de um cristal sãolido, pois ambos quebram a simetria conta­nua.