Duas equipas científicas independentes conseguiram pela primeira vez construir as primeiras amostras de cristais de matéria-tempo, que têm estruturas atómicas que não se repetem apenas no espaço, mas também no tempo, colocando-os em constantes oscilações sem energia. Esta é uma confirmação histórica da existência de uma estrutura que já tinha sido especulada em 2012 pelo Nobel da Física Frank Wilczek. Agora chegou a verificação: Wilczek estava certo.

Nos cristais comuns, a sua estrutura molecular padronizada permite-lhes repetirem-se no espaço tridimensional como numa rede. O que Frank Wilczek teorizava era que era possível criar um fenómeno semelhante no tecido do tempo, como que numa quarta dimensão. Só que, em vez de se repetirem regularmente em filas de átomos, um cristal de tempo exibiria movimento repetitivo de modo regular. Isso permitia aos átomos cristais moverem-se sem necessidade de energia cinética extra porque os eletrões andariam sem resistência.

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De acordo com os princípios da Física que consideramos, quando a matéria está em estado fundamental (ponto zero de energia de um sistema), o seu movimento é impossível porque esse movimento obrigá-la-ia a gastar energia, que não tem. Mas Wilczek disse que essa lei não se aplicaria aos cristais de tempo: eles podiam mover-se sem energia.

A ideia de Wilczek sugeria a existência do movimento perpétuo, uma noção incompatível com as leis da física que conhecemos até hoje, o que recolheu ceticismo na comunidade científica. Mas tudo indica que pode estar correto: com a “receita” encontrada pelos cientistas em laboratório, os eletrões que compõem um cristal de tempo viajam em “loop” — não numa linha — e aglomeram-se por vezes, em vez de fluírem. É isso que permite a um cristal de tempo repetir-se da mesma forma que os cristais normais se repetem no espaço.

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Estudos mais avançados sobre os cristais de tempo podem revelar-se úteis para a computação quântica, que pretende construir os “qubits”, uma unidade de informação quântica, de modo estável. Se esses qubits puderem comunicar entre si podem ser importantes para armazenar informação, mas se algo interferir nessa comunicação pode desenvolver-se um erro de cálculo. Os cristais de tempo, sendo “intocáveis” (na medida em que não sofrem interferência do exterior), podem ser imunes a falhas desse género.

Esta descoberta é histórica para a Física porque confirma aquilo que os cientistas têm especulado há muito tempo: que há formas de matéria estranhas para nós, a que chamamos matéria em “não equilíbrio”. Os cristais de tempo podem ser a forma mais simples de matéria em não-equilíbrio”. Se pudéssemos comparar os cristais de tempo a algo que conhecemos, podíamos compará-la a gelatina. Quando tocamos em gelatina ela treme. Ora, os cristais de tempo são como essa gelatina que “treme” sem parar, mas sem a necessidade de lhe tocarmos porque o faz sem precisar de energia. Estas características são as primeiras provas palpáveis de que esse tipo de matéria existe, o que pode levar a evoluções estrondosas em áreas como a computação quântica.

De acordo com o estudo publicado esta semana sobre este assunto, o físico Norman Yao (Universidade da Califórnia) — um dos envolvidos na experiência — descobriu que uma força externa (como um laser, por exemplo) pode inverter o giro magnético de um ião dos cristais de tempo, o que fará o ião vizinho inverter também a direção do giro e assim sucessivamente. Esse comportamento permite ao cristal de tempo entrar num padrão de repetição de movimento. Utilizando este princípio, duas equipas fizeram cristais de tempo em laboratório: uma das equipas usou iões de itérbio, o outro conseguiu construir cristais de tempo através de defeitos que encontrou em diamantes.

Ainda há dúvidas para esclarecer, no entanto: primeiro, é preciso confirmar que os cristais de tempo são sistemas fechados que não interagem com o ambiente, o que lhes permitiria não perder nem ganhar energia e assim manter o movimento perpétuo e constante; depois, é necessário entender melhor a interação entre os iões desses cristais, que são, no fundo, o motor desse mesmo movimento.