O que são 'cristais de tempo', o estranho estado da matéria que pode revolucionar a tecnologia

Carlos Serrano (@carliserrano) - BBC News Mundo
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Cristal
Um cristal do tempo se comporta de maneira mais estranha do que qualquer outro que conhecemos

Qual é o seu cristal favorito? Quartzo, diamante, rubi? Todos eles são preciosos, mas nenhum se compara a um cristal estranho que passamos a conhecer há pouco tempo.

Em 2012, o físico americano Frank Wilczek propôs um conceito controverso para descrever um novo estado da matéria que desafiava as leis da física.

Wilczek, que os chamou de "cristais do tempo", ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2004.

A princípio, vários de seus colegas disseram que era simplesmente impossível criar cristais de tempo, mas várias pesquisas em andamento, incluindo um estudo recente da Universidade de Granada na Espanha, começaram a mostrar que talvez seja possível criar esse estranho material.

A produção desses cristais nos permitiria medir o tempo e as distâncias com "precisão requintada", como Wilczek escreveu em um artigo na revista Scientific American.

Mas o conhecimento sobre o assunto é tão incipiente que os cientistas mal conseguem imaginar como os cristais do tempo poderiam revolucionar áreas como a tecnologia quântica, as telecomunicações, a mineração ou a própria compreensão do universo.

Relógio
Cristais de tempo podem ser usados para fazer medições com uma precisão "requintada"

"As aplicações mais interessantes certamente serão aquelas que ainda não conheço", conta o físico Pablo Hurtado, professor da Universidade de Granada e coautor de um estudo recente sobre um método para criar cristais de tempo, à BBC News Mundo, o serviço de notícias em espanhol da BBC.

O que são cristais de tempo, por que são tão estranhos e como podem ser um avanço para a tecnologia?

Padrões repetidos

Primeiro, precisamos entender o que é um cristal.

Na física, um cristal é definido como um objeto cujos átomos estão dispostos de forma a criar um padrão repetitivo.

Em um líquido, por exemplo, as moléculas são distribuídas simetricamente, como um enxame uniforme.

Cristal de sal
Em um cristal de sal, por exemplo, observa-se que suas partículas criam padrões repetidos

Em um cristal, por outro lado, as moléculas são agrupadas formando redes e estruturas que criam uma sequência.

É por isso que Wilczek diz que "os cristais são as substâncias mais organizadas da natureza".

Se você olhar ao microscópio, poderá ver, por exemplo, as estruturas dos cristais de sal ou da neve.

Então, se já sabemos que um cristal é feito de padrões que se repetem no espaço, surge a questão com a qual a matéria se torna mais interessante: é possível criar um cristal cujos padrões não se repetem a cada certa distância, mas a cada certo tempo?

Rompendo a simetria

Como dissemos antes, um líquido é simétrico, ou seja, suas propriedades são as mesmas em qualquer um de seus pontos.

Se de alguma forma essa simetria for rompida, o líquido deixa de ser líquido e se torna, por exemplo, um cristal.

gelo
Quando a água congela, ela se cristaliza. Sob o microscópio você pode ver os padrões que o gelo se forma

Pense, por exemplo, na água. No estado líquido é simétrico, mas quando suas partículas congelam se transformam em cristais que rompem essa simetria, criando um padrão que se repete em toda a sua estrutura.

Em sua pesquisa, Hurtado e sua equipe queriam romper a simetria de um fluido, mas não no espaço, mas no tempo.

Para fazer isso, em um supercomputador, eles simularam a aplicação de algo chamado "campo externo de empacotamento" ao fluido.

O que esse campo faz é empurrar algumas das partículas do fluido e parar outras, com as quais há um acúmulo de partículas, que por sua vez produz uma onda que viaja constantemente pelo sistema.

O resultado foi que o grupo de partículas começou a viajar incessantemente pelo sistema.

Floco de neve
Um floco de neve é uma amostra de como a matéria é organizada em um cristal

É como se, paradoxalmente, seu estado de repouso fosse o movimento constante ao longo do tempo.

"O sistema forma um pacote compacto de partículas que o faz viajar no tempo", diz Hurtado.

Surge assim um estado da matéria que não se comporta como um fluido, mas também como um cristal sólido que costumamos ver.

Finalidade

Em 2017, alguns estudos já mostravam experimentalmente a possibilidade de criação de outros tipos de cristais de tempo em nível quântico.

Cristal
Ainda não sabemos tudo sobre os cristais de tempo

O trabalho de Hurtado era teórico, mas não mais no nível quântico, mas sim em um sistema clássico, ou seja, macroscópico.

Samuli Autti, pesquisador do departamento de Física da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, que não esteve envolvido nesta pesquisa, diz à BBC News Mundo que o trabalho de Hurtado "é um grande passo" para entender melhor os cristais de tempo do que Wilczek sugeriu em 2012.

Os cristais de tempo são uma área de estudo que está engatinhando, mas já nos permitem sonhar com usos impressionantes na ciência e na tecnologia.

Este estado da matéria nos permite especular, por exemplo, com a possibilidade de que no futuro existam máquinas de movimento perpétuo.

Gelo
Cristais de tempo podem nos ajudar a entender melhor nosso universo

Wilczek também menciona que os cristais de tempo poderiam ser usados para tornar os relógios muito mais precisos e estáveis do que os poderosos relógios atômicos que já existem.

"Eles seriam capazes de fazer medições requintadas de distância e tempo", escreveu o físico na Scientific American.

Também se refere à possibilidade de desenvolver GPS aprimorado, novos métodos para descobrir depósitos minerais por meio da interação com a gravidade ou a detecção de ondas gravitacionais.

Por fim, Wilczek comenta que descobrir novas maneiras de organizar a matéria pode nos levar a compreender melhor os buracos negros e o espaço-tempo no cosmos.

Ainda há muita especulação sobre o assunto, mas talvez um dia chegue um dia em que um cristal de tempo será mais útil e valioso do que o mais fino dos diamantes.

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