Os cristais do tempo são uma forma incomum de matéria composta de partículas “tique-taque”, o que significa que elas se movem para frente e para trás em um ciclo constante e repetitivo. Os cientistas primeiro previram a sua existência e depois confirmaram a sua existência há cerca de uma década. Embora ainda não tenha sido desenvolvido nenhum uso prático, estes sistemas são considerados promissores para tecnologias futuras, como a computação quântica e o armazenamento avançado de dados.
Com o tempo, os pesquisadores descobriram vários cristais do tempo, cada um com propriedades únicas que podem ser usados em diferentes aplicações.
Novo cristal de tempo de levitação acústica
Físicos da Universidade de Nova York criaram agora uma nova versão de um cristal do tempo. Neste sistema, pequenas partículas flutuam em uma almofada sonora e interagem entre si através da troca de 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 igual e oposta (ou seja, as forças sempre aparecem em um par equilibrado). Porém, neste experimento, as partículas não seguiram esse equilíbrio. Em vez disso, movem-se de uma forma não recíproca, o que significa que as suas interações são desiguais e não espelhadas.
Os resultados foram publicados em Cartas de revisão físicaapontando novas possibilidades de uso de cristais de tempo na tecnologia e na indústria. Ao contrário de muitos experimentos anteriores, o sistema é visível a olho nu e opera em um dispositivo compacto com cerca de trinta centímetros de altura que pode ser segurado na mão.
“Os cristais do tempo são fascinantes não só pelas suas possibilidades, mas também porque parecem tão bizarros e complexos,” afirma David Grier, professor de física e diretor do Centro de Investigação de Matéria Macia da Universidade de Nova Iorque e autor sénior do artigo. “Nosso sistema é notável porque é muito simples.”
Insights sobre biologia e ritmos circadianos
O estudo, conduzido pela estudante de pós-graduação da NYU, Mia Morrell, e pela estudante de graduação da NYU, Leela Elliott, também pode ajudar os cientistas a entender melhor os sistemas de temporização biológica, como os ritmos circadianos. Semelhante a esses cristais do tempo, alguns processos bioquímicos no corpo envolvem interações irreversíveis, 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 contas de isopor semelhantes ao material de embalagem, com ondas sonoras mantendo-o no lugar. Este dispositivo atua como um “levitador acústico”, mantendo as contas suspensas e estacionárias no ar.
“As ondas sonoras exercem uma força sobre as partículas, assim como as ondas na superfície de um lago exercem uma força sobre as folhas flutuantes”, explica Morel. “Podemos levitar um objeto contra a gravidade, mergulhando-o em um campo sonoro chamado onda estacionária.”
Quando as contas suspensas interagem, elas fazem isso espalhando ondas sonoras entre si.
Forças desiguais e simetria quebrada
Contas maiores espalham mais som do que contas menores. Como resultado, a influência das partículas maiores sobre as partículas menores é mais forte do que a das partículas menores sobre as partículas maiores. Isso cria um desequilíbrio em sua influência mútua.
“Imagine duas balsas de tamanhos diferentes aproximando-se do cais”, disse Morell. “Cada objeto cria ondas de água que empurram o outro objeto, mas em graus variados, dependendo do seu tamanho.”
Como essas interações ocorrem por meio de ondas sonoras, elas não são limitadas pela terceira lei de Newton. Isso faz com que as contas comecem a oscilar sozinhas enquanto flutuam no ar, criando um ritmo constante que reflete as forças incomuns em jogo.
Esta pesquisa foi apoiada por doações da National Science Foundation (DMR-21043837, DMR-2428983).
