La polémica sobre los cristales de tiempo propuestos por Frank Wilczek en 2012 se resolvió con la demostración de que eran imposibles de observar en laboratorio (no corresponden al estado fundamental del sistema). Ryosuke Yoshii (Univ. Kyoto, Japón) y varios colegas proponen un nuevo diseño que evita este problema y logra que los cristales de tiempo vuelvan a la palestra. Por ahora se trata de un diseño teórico de un experimento, pero nada impide que sea llevado a cabo en los próximos años.
La idea es aplicar dos campos magnéticos a un anillo superconductor cuasi unidimensional, uno que aprovecha el efecto de Aharonov-Bohm y otro el efecto Zeeman en los pares de Cooper. La combinación de ambos campos magnéticos produce un nuevo estado fundamental estable (según las simulaciones numéricas). La existencia de este nuevo estado, llamado Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov (FFLO), resultado de una rotura espontánea de la simetría temporal, sería la prueba definitiva de la existencia de los cristales de tiempo.
El artículo técnico es Ryosuke Yoshii et al., “Time crystal phase in a superconducting ring,” arXiv:1404.3519 [cond-mat.supr-con], 14 Apr 2014. Más información sobre cristales de tiempo en “Frank Wilczek propone la existencia de cristales de tiempo,” LCMF 16 Oct 2012, “La polémica de los “cristales de tiempo”,” LCMF 10 Ene 2013, y Lisa Zyga, “Physicist proves impossibility of quantum time crystals,” Phys.Org, 22 Aug 2013.
La idea de Wilczek es que la rotura espontánea de la simetría temporal en el estado fundamental de un sistema permite la generación de un estado similar a un cristal, pero con simetría discreta en el tiempo, es decir, un cristal de tiempo. La propuesta original considera un solitón (onda no lineal localizada) en un anillo superconductor que se comporta como estado fundamental del sistema. Sin embargo, se ha demostrado que este solitón no puede ser el estado fundamental de ningún sistema (lo que algunos interpretan como prueba de que los cristales de tiempo no pueden existir).
La nueva propuesta combina dos campos magnéticos aplicados sobre un anillo superconductor, uno que introduce un flujo magnético de Aharanov-Bohm (AB) y otro que produce un campo magnético estático de Zeeman a lo largo del anillo. El estado fundamental para el efecto AB es un estado de Fulde-Ferrel (FF) y para el campo de Zeeman sobre los pares de Cooper un estado de Larkin-Ovchinnikov (LO). Bajo la presencia simultánea de ambos campos magnéticos el estado fundamental FF muestra un modulación espacial a lo largo del anillo, un nuevo estado fundamental denominado por los autores como FFLO (por Fulde-Ferrel-Larkin-Ovchinnikov). La transición de fase que lleva al estado FFLO es una rotura espontánea de la simetría temporal y el estado FFLO se comporta como un cristal de tiempo.
El estado FFLO aún no ha sido observado en los experimentos. El nuevo artículo técnico presenta simulaciones numéricas (por el método de soluciones autoconsistentes) que indican que se trata de un estado estable. Por tanto, en principio, nada impide que sea observable experimentalmente. De hecho, la existencia de una nueva fase intermedia en la transición de fase entre los estados LO y FF ya fue discutida en el pasado. Sin embargo, dicha propuesta no corresponde con la nueva fase FFLO. Esto podría generar dudas a algunos sobre el nuevo trabajo.
En resumen, una propuesta teórica muy sugerente, la existencia de una nueva fase llamada FFLO que corresponde a un cristal de tiempo, que tendrá que ser explorada mediante experimentos. Quizás exista, como propone el nuevo artículo, o quizás haya algún efecto sutil no considerado en el modelo teórico que impida su existencia. Habrá que estar al tanto de los avances en la física de los cristales de tiempo. Su descubrimiento experimental pondría a Wilczek en la antesala de un segundo Premio Nobel de Física.
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