En 2012, el físico teórico Frank Wilczek propuso un polémico concepto para describir un nuevo estado de la materia que desafiaba las leyes de la física.

“Cristales de tiempo”, los llamó Wilczek, quien en 2004 ganó el Premio Nobel de física.

Al principio, varios de sus colegas dijeron que era simplemente imposible crear cristales de tiempo, pero luego, varias investigaciones, incluyendo un reciente estudio de la Universidad de Granada en España, han comenzado a mostrar que quizás sí es posible crear este extraño material.

Producir estos cristales nos permitiría medir el tiempo y la distancias con una “precisión exquisita”, como escribió Wilczek en un artículo en la revista Scientific American.

Pero el conocimiento en esta materia es tan incipiente que los científicos apenas son capaces de soñar cómo los cristales de tiempo podrían revolucionar áreas como la tecnología cuántica, las telecomunicaciones, la minería o la comprensión misma del universo.

“Las aplicaciones más interesantes seguramente serán las que aún no conozco“, le dice a BBC Mundo el físico Pablo Hurtado, profesor en la Universidad de Granada y coautor de una reciente investigación en la que encontraron un método para crear cristales de tiempo.

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¿Qué son los cristales de tiempo, por qué resultan tan extraños y cómo podrían ser una gran avance para la tecnología?

Patrones que se repiten

Primero debemos tener claro qué es un cristal.

En física, un cristal se define como un objeto cuyos átomos están ordenados de tal manera que crean un patrón que se repite.

En un líquido, por ejemplo, las moléculas se distribuyen de manera simétrica, como un enjambre uniforme.

En un cristal, en cambio, las moléculas se agrupan formando redes y estructuras que van creando una secuencia.

Por eso, Wilczek dice que “los cristales son las sustancias más organizadas de la naturaleza”.

Si miras bajo un microscopio, podrás ver, por ejemplo, las estructuras de los cristales de sal o de la nieve.

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Entonces, si ya sabemos que un cristal está formado por patrones que se repiten en el espacio, surge la pregunta con la que el asunto se vuelve más interesante: ¿es posible crear un cristal cuyos patrones no se repitan cada cierta distancia, sino cada cierto tiempo?

Romper la simetría

Como dijimos antes, un líquido es simétrico, es decir, sus propiedades son iguales en cualquiera de sus puntos.

Si de alguna manera se logra romper esa simetría, el líquido deja de ser líquido y se convierte, por ejemplo, en un cristal.

Piensa por ejemplo en el agua. En su estado líquido es simétrica, pero al congelarse sus partículas se convierten en cristales que rompen esa simetría, creando un patrón que se repite a lo largo de su estructura.

En su investigación, Hurtado y su equipo querían romper la simetría de un fluido, pero no a lo largo de su espacio, sino del tiempo.

Para ello, en una súpercomputadora simularon aplicarle al fluido algo llamado “campo externo de empaquetamiento”.

Ese campo lo que hace es empujar algunas de las partículas del fluido y frenar a otras, con lo cual se produce una acumulación de partículas que a su vez produce una onda que viaja de manera constante por el sistema.

El resultado fue que el paquete de partículas comenzó a viajar incesantemente por el sistema.

Es como si, paradójicamente, su estado de reposo fuera el movimiento constante a lo largo el tiempo.

“El sistema forma un paquete compacto de partículas que lo hace viajar en el tiempo“, dice Hurtado.

De esa manera surge un estado de la materia que no se comporta como un fluido, pero tampoco como un cristal sólido de los que vemos habitualmente.

¿Para qué pueden servir?

En 2017 algunos trabajos ya habían mostrado de manera experimental la posibilidad de crear otros tipos de cristales de tiempo a nivel cuántico.

El trabajo de Hurtado fue teórico, pero ya no a nivel cuántico, sino en un sistema clásico, es decir, macroscópico.

Samuli Autti, investigador del departamento de física de la Universidad de Lancaster en Reino Unido, quien no estuvo involucrado en esta investigación, le dice a BBC Mundo que el trabajo de Hurtado “es un gran paso” para comprender mejor los cristales del tiempo que en 2012 comenzó a sugerir Wilczek.

Los cristales del tiempo son un área de estudio que está en sus inicios, pero desde ya permiten soñar con impresionantes usos en la ciencia y la tecnología.

Este estado de la materia permite especular, por ejemplo, con la posibilidad de que en un futuro existan máquinas de movimiento perpetuo.

Wilczek también menciona que los cristales de tiempo podrían servir para fabricar relojes mucho más precisos y estables que los poderosos relojes atómicos que ya existen.

“Serían capaces de realizar medidas exquisitas de la distancia y el tiempo”, escribió el físico en Scientific American.

También se refiere a la posibilidad de desarrollar GPS mejorados, nuevos métodos para descubrir depósitos mineralesmediante la interacción con la gravedad, o la detección de ondas gravitacionales.

Finalmente, Wilczek comenta que descubrir nuevas formas en las que se puede organizar la materia puede llevarnos a entender mejor los agujeros negros y el espacio-tiempo en el cosmos.

Todo eso aún pertenece al terreno de la especulación, pero quizás algún día llegue el momento en que un cristal de tiempo sea más útil y valioso que el más fino de los diamantes.