La dernière percée dans le domaine des cristaux temporels est une structure qui ne nécessite aucun apport extérieur

Un nouveau type de cristal temporel pourrait révolutionner le potentiel de ces structures fascinantes. Contrairement aux cristaux temporels créés à ce jour, il ne nécessiterait pas l’application d’un stimulus externe pour maintenir les atomes en activité.

La méthode repose sur l’induction de particules enchevêtrées pour qu’elles influencent le “spin” de l’autre (une propriété semblable au moment angulaire) à distance. Mais pour comprendre les détails de cette dernière approche, il faut d’abord prendre un peu de recul.

Les cristaux temporels peuvent sembler être un concept de science-fiction farfelu, mais il s’agit d’un phénomène réel, théorisé pour la première fois par le physicien Frank Wilczek en 2012. De l’extérieur, ils ressemblent à des cristaux normaux. Mais à l’intérieur, les atomes – disposés dans une structure en treillis répétitive normale – se comportent de manière assez particulière.

Ils oscillent, tournant d’abord dans un sens, puis dans l’autre. Ces oscillations – ce que l’on appelle le “tic-tac” – sont verrouillées à une fréquence très régulière et particulière. Ainsi, alors que la structure des cristaux réguliers se répète dans l’espace, dans les cristaux de temps, elle se répète dans l’espace et dans le temps – d’où le nom de cristaux de temps.

Jusqu’à présent, les cristaux de temps produits expérimentalement ont nécessité un stimulus externe (comme une impulsion de rayonnement électromagnétique) à l’état fondamental, ou état de plus basse énergie, pour induire leur tic-tac. Cet objectif a été atteint en 2016, mais depuis lors, on se demande si cela correspond à ce que nous imaginons d’un véritable cristal de temps.

En fait, il semble bien que les cristaux de temps sans apport d’énergie à son état fondamental soient tout simplement physiquement impossibles, selon un article de 2015. En physique, ce phénomène est connu sous le nom de théorème de non-réalisation.

Mais il existe une exception notable à ce théorème en ce qui concerne les cristaux de temps, et c’est ce que Valerii Kozin de l’Université d’Islande à Reykjavík et Oleksandr Kyriienko de l’Université d’Exeter au Royaume-Uni ont utilisé pour aborder le problème.

Cet article de 2015 part du principe que les interactions entre les particules s’affaiblissent avec la distance. Il s’agit en fait d’une hypothèse assez juste – pensez aux forces magnétiques ou gravitationnelles qui s’affaiblissent avec la distance, par exemple.

Mais il y a une exception pratique. Les particules enchevêtrées ont une relation qui ne s’affaiblit pas avec la distance. En mesurant le spin d’une particule, on détermine immédiatement le spin de sa partenaire enchevêtrée, quelle que soit la distance.

Selon les physiciens, dans les cristaux temporels, une telle interaction à distance pourrait théoriquement produire un état fondamental de cristal temporel qui ne nécessite aucune injection d’énergie.

Dans leur nouvel article, ils proposent un système de particules à l’intérieur du cristal temporel, dont chacune possède un spin. Ils démontrent qu’il existe un moyen de décrire les spins des particules enchevêtrées à l’aide d’un modèle de théorie des cordes qui répond à la définition d’un cristal temporel donnée dans l’article de 2015.

Selon les chercheurs, même si les particules tournaient de façon désynchronisée, les interactions entre les particules produiraient le tic-tac d’un cristal de temps.

Ce système serait incroyablement compliqué, chaque particule étant capable de tourner en superposition, c’est-à-dire dans un état indéterminé de haut et de bas à la fois.

En fait, il pourrait être impossible de créer ce système en laboratoire. L’enchevêtrement des particules de cette manière est une idée qui fonctionne bien sur le papier, mais qui a peu de chances d’être facilement réalisable en pratique.

Mais les cristaux temporels eux-mêmes étaient une idée assez folle lorsqu’ils ont été proposés pour la première fois. L’avenir pourrait encore nous surprendre.

Les recherches ont été publiées dans Physical Review Letters.