Les scientifiques ont créé des cristaux de temps : une nouvelle forme de matière qui défie les règles connues

Une nouvelle phase de la matière, appelée cristal du temps, a été créée et observée pour la première fois. Dans un cristal standard, les atomes sont disposés selon un motif qui se répète à travers l’espace physique, mais dans un cristal temporel, ce motif se répète à travers le temps. La possibilité de leur existence a été proposée pour la première fois en 2012, mais ils ont été jugés « interdits » selon les lois de l’équilibre thermique. La création de cristaux de temps marque l’un des premiers pas dans une nouvelle classe de phases non-équilibrées.

Frank Wilczek du MIT a lancé l’idée d’un cristal temporel en 2012, inspiré par l’idée que la structure atomique répétitive d’un cristal pourrait être appliquée au temps aussi bien qu’à l’espace. Au cours des années suivantes, des articles ont été publiés des deux côtés de l’argumentation: certains expliquent pourquoi ils étaient impossibles, tandis que d’autres suggèrent des méthodes potentielles pour les fabriquer. En 2016, une équipe de l’Université de Californie, Berkeley a expliqué comment créer des cristaux de temps dans un environnement de laboratoire, et c’est cette technique qui porte enfin ses fruits.

Pour illustrer l’étrangeté des cristaux du temps, Norman Yao de l’équipe UC Berkeley et cette étude actuelle, ont utilisé l’exemple de taper sur un bol de gelée. Vous vous attendez à ce qu’elle bouge instantanément avec un mouvement qui se stabilise lentement jusqu’à ce qu’elle redevienne immobile, et le mouvement ne redémarre que si vous la touchez de nouveau. Les cristaux de temps réagissent aussi mais semblent impossibles à percevoir par l’observateur de base: leurs atomes pourraient « remuer » après un certain temps, puis répéter le mouvement à intervalles réguliers indépendamment de la force motrice.

« Ce ne serait pas bizarre si vous remuez de la gelée et que vous découvrez qu’elle répondent à une autre époque, à un autre moment? » explique Yao, dans une déclaration en janvier. « Mais c’est l’essence même du cristal du temps. Vous avez un pilote périodique qui a une période’ T’, mais le système se synchronise d’une manière ou d’une autre de sorte que vous observez le système osciller avec une période qui est plus grande que’ T’. »

Dans la plupart des matières, les atomes plus chauds transmettent la chaleur aux atomes plus froids adjacents, jusqu’à ce qu’ils atteignent tous la même température. Lorsque cela se produit, les atomes se stabilisent dans un état connu sous le nom d’équilibre thermique. Mais les cristaux du temps n’atteignent jamais cet état, répétant le modèle de mouvement au fil du temps dans un affichage apparent de mouvement perpétuel. Cela en fait l’un des premiers exemples (sinon le premier) de phases de non-équilibre, un nouveau type de matière.

« Cela ouvre la porte à un tout nouveau monde de phases de non-équilibre », explique Andrew Potter, l’un des chercheurs de l’étude. « Nous avons repris ces idées théoriques que nous étudions depuis quelques années et que nous avons construites en laboratoire. Espérons que ce n’est là que le premier exemple, et que beaucoup d’autres suivront. »

Pour créer le cristal du temps, les chercheurs ont utilisé les ions de l’élément ytterbium. D’abord, ils ont levé les ions électriquement, puis les ont frappés avec des impulsions laser qui les ont retournés. En les bombardant régulièrement avec des lasers, les ions sont tombés dans un motif répétitif de boucle.

Cela semble assez basique, mais voici le plus simple: les ions ne se retournent qu’une fois pour chacun des deux impulsions laser, ce qui signifie que le modèle fonctionne sur une échelle de temps plus grande que la force motrice. Aussi étrange que cela puisse paraître, c’est le comportement auquel l’équipe s’attendait et qui a permis de confirmer qu’ils avaient créé un cristal du temps.

Bien qu’il soit difficile de visualiser une application quotidienne de ce type de découverte à ce stade précoce, les chercheurs affirment que les futures phases de non-équilibre pourraient être utilisées dans l’informatique quantique, pour stocker ou transmettre des informations.

La recherche a été publiée dans la revue Nature.

Source: University of Texas at Austin

1 commentaire sur “Les scientifiques ont créé des cristaux de temps : une nouvelle forme de matière qui défie les règles connues”

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.