All’interno di un minuscolo frammento di diamante, grande appena un millimetro, un gruppo di fisici ha realizzato un esperimento straordinario, dando vita a quello che potrebbe essere il primo autentico quasicristallo temporale mai osservato. Questo particolare fenomeno quantistico presenta schemi temporali ordinati ma non periodici, una caratteristica che lo distingue in modo netto rispetto ai cristalli temporali tradizionali.
Nel cuore di questo esperimento, i fisici hanno diretto potenti impulsi laser su un piccolo blocco di diamante, alterando in maniera controllata la sua struttura interna. L’obiettivo era quello di osservare un comportamento quantistico complesso, dove il tempo stesso si organizza secondo sequenze regolari ma mai ripetitive.
Secondo Chong Zu, ricercatore della Washington University negli Stati Uniti, questa scoperta rappresenta un passo fondamentale verso la creazione di sistemi capaci di conservare la memoria quantistica per tempi estremamente lunghi. Nelle sue parole, potrebbe trattarsi di un “equivalente quantistico della RAM” che oggi utilizziamo nei computer tradizionali, sebbene al momento ci si trovi ancora lontani da applicazioni concrete.
I cristalli temporali, la cui esistenza venne teorizzata nel 2012 dal premio Nobel Frank Wilczek e confermata sperimentalmente per la prima volta nel 2016, si distinguono perché le particelle che li compongono oscillano autonomamente tra differenti stati energetici, seguendo cicli che si ripetono nel tempo senza essere imposti da fattori esterni.
Un quasicristallo temporale, invece, va oltre: le oscillazioni avvengono secondo uno schema strutturato ma privo di ripetizioni, simile a ciò che accade in una tassellatura di Penrose o di Ammann-Beenker, dove la disposizione dei componenti appare ordinata ma non consente sovrapposizioni perfette.
Il team, guidato da Guanghui He della Washington University e Bingtian Ye della Harvard University, ha utilizzato una tecnica estremamente raffinata. Hanno creato dei centri di vacanza di azoto all’interno del reticolo cristallino del diamante, ovvero spazi vuoti accanto a un atomo di azoto, realizzati mediante l’impiego di laser. Questo ha permesso agli elettroni di muoversi secondo il ritmo dettato da sequenze di impulsi a microonde, orchestrati in modo da produrre una struttura temporale non ciclica.
Bingtian Ye ha spiegato che le microonde sono state fondamentali per “innescare i ritmi” all’interno di questi quasicristalli temporali, generando così un ordine nel tempo che non si ripete mai identico. Gli scienziati hanno osservato questo comportamento per centinaia di cicli, fino a quando la fragilità intrinseca del sistema ne ha determinato la disgregazione.
Il comportamento dei quasicristalli temporali osservati in questo esperimento fornisce nuove chiavi di lettura per il mondo della meccanica quantistica e apre possibilità concrete per futuri sviluppi nella metrologia e nella costruzione di sensori quantistici altamente sensibili.
Secondo quanto affermato da Guanghui He, il loro gruppo di ricerca ritiene di essere stato il primo a generare e osservare un vero quasicristallo temporale. I risultati ottenuti sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review X, attirando subito l’interesse della comunità scientifica internazionale.
Le possibili applicazioni di queste scoperte, oltre alla misurazione precisa del tempo, potrebbero un giorno includere l’utilizzo nei sistemi di calcolo quantistico, un campo che si sta evolvendo rapidamente. Tuttavia, come sottolineato dagli stessi ricercatori, questi progressi rappresentano solo i primi passi in un cammino che richiederà ancora anni di studio e sperimentazione.
