Os cristais do tempo são formas incomuns de matéria compostas de partículas que “tiquetaqueiam”, o que significa que se movem para frente e para trás em ciclos constantes e repetidos. Os cientistas primeiro previram a sua existência e depois confirmaram-na há cerca de dez anos. Embora o uso prático ainda não tenha sido desenvolvido, esses sistemas são considerados promissores para tecnologias futuras, como a computação quântica e o armazenamento avançado de dados.
Com o tempo, os pesquisadores identificaram vários tipos de cristais do tempo, cada um com propriedades únicas que podem ser úteis em diferentes aplicações.
Um novo cristal de tempo sonoro
Físicos da Universidade de Nova York criaram uma nova versão do cristal do tempo. Neste sistema, pequenas partículas flutuam sobre uma almofada sônica e interagem trocando ondas sonoras. Durante essas interações, as partículas se comportam de maneiras que parecem violar a Terceira Lei do Movimento de Newton, que afirma que para cada ação há uma reação oposta igual (ou seja, as forças sempre ocorrem em pares equilibrados). Neste experimento, porém, as partículas não seguem esse equilíbrio. Em vez disso, movem-se de forma não recíproca, o que significa que a sua interação não é uniforme e não é reflexiva.
Resultados publicados em Revisão de planilhas físicasapontam para novas oportunidades para o uso de cristais de tempo na tecnologia e na indústria. Ao contrário de muitos experimentos anteriores, este sistema é visível a olho nu e opera em um dispositivo compacto e portátil com cerca de trinta centímetros de altura.
“Os cristais de tempo são fascinantes não só devido ao seu potencial, mas também porque parecem tão exóticos e complexos”, diz o professor de física David Grier, diretor do Centro de Pesquisa de Matéria Suave da Universidade de Nova York e autor sênior do artigo. “Nosso sistema é ótimo porque é incrivelmente simples.”
Uma compreensão da biologia e dos ritmos circadianos
A pesquisa, conduzida com a estudante de graduação da NYU Mia Morrell e a estudante de graduação da NYU Lila Elliott, também pode ajudar os cientistas a entender melhor os sistemas de tempo biológico, como os ritmos circadianos. Como esses cristais do tempo, alguns processos bioquímicos no corpo envolvem interações não recíprocas, incluindo a forma como o corpo decompõe os alimentos.
Como as ondas sonoras mantêm as partículas flutuando
O próprio cristal do tempo é feito de pequenas bolas de isopor, semelhantes a um material de embalagem, que são mantidas unidas por ondas sonoras. Esta configuração atua como um “levitador acústico” permitindo que as contas permaneçam suspensas e imóveis no ar.
“As ondas sonoras exercem uma força sobre as partículas – assim como as ondas na superfície de um lago podem exercer uma força sobre uma folha flutuante”, explica Morrell. “Podemos levitar objetos contra a gravidade, mergulhando-os em um campo sonoro chamado onda estacionária.”
Quando as bolas levitantes interagem, elas o fazem espalhando ondas sonoras entre elas.
Forças desiguais e simetria quebrada
Grânulos maiores dispersam mais som do que os menores. Como resultado, uma partícula maior tem um efeito mais forte sobre uma partícula menor do que uma partícula menor sobre uma partícula maior. Isso cria um desequilíbrio na forma como eles afetam uns aos outros.
“Imagine duas balsas de tamanhos diferentes aproximando-se de um cais”, diz Morrell. “Cada um cria ondas de água que empurram o outro, mas em graus diferentes, dependendo do seu tamanho”.
Como essas interações são transmitidas por ondas sonoras, elas não são limitadas pela terceira lei de Newton. Isso permite que as contas comecem a oscilar por conta própria, flutuando no ar, criando um ritmo constante que reflete as forças extraordinárias em ação.
A pesquisa foi apoiada por doações da National Science Foundation (DMR-21043837, DMR-2428983).
