Pela primeira vez, físicos criaram um cristal temporal visível.

Os físicos deram agora um passo marcante no domínio ainda misterioso dos cristais do tempo.

Pela primeira vez, foi construído um cristal do tempo que pode ser observado diretamente: sob determinadas condições, surge como um conjunto ondulante de faixas em tons néon que, em situações especiais, chega mesmo a ser visível a olho nu. A forma como este material foi produzido aponta para um conjunto alargado de possibilidades tecnológicas, desde novas abordagens de anti-contrafação a geradores de números aleatórios, códigos de barras bidimensionais e diversos dispositivos ópticos.

Segundo o físico Hanqing Zhao, da Universidade do Colorado em Boulder, “podem ser observados diretamente ao microscópio e, em condições específicas, até a olho nu”.

O que são cristais do tempo e porque desafiam a intuição

Para perceber o que torna um cristal do tempo tão peculiar, vale a pena começar pelos cristais comuns. Materiais cristalinos como o diamante, o quartzo ou o sal organizam-se como redes atómicas tridimensionais: partículas dispostas de forma regular no espaço, como uma estrutura geométrica repetitiva em que os átomos ocupam posições equivalentes. Qualquer pequena porção dessa rede pode ser sobreposta a outra e coincidir.

Um cristal do tempo, por sua vez, não repete apenas um padrão no espaço. Ele exibe repetição no tempo: as suas partículas entram em oscilações periódicas que regressam ao mesmo estado em intervalos regulares, de forma que o “padrão temporal” também pode ser sobreposto a si próprio. O ponto crucial é que esta oscilação quebra a simetria temporal, funcionando com um ritmo próprio e parecendo não seguir os ciclos do ambiente que o rodeia.

Esse potencial - tanto para investigar comportamentos quânticos como para inspirar aplicações práticas - explica por que razão tantos grupos tentam testar propriedades, limites e condições de existência destes sistemas.

De ideia controversa a fenómeno observado

Os cristais do tempo são um conceito recente. Foram previstos em 2012 pelo físico teórico norte-americano Frank Wilczek, e a proposta foi recebida com ceticismo por parte da comunidade: para alguns, a ideia soava a algo que poderia colidir com princípios fundamentais, incluindo uma regra central da termodinâmica.

Ainda assim, em 2016, uma equipa de físicos nos Estados Unidos relatou ter conseguido observá-los experimentalmente, ajudando a transformar uma previsão teórica polémica num tema legítimo de investigação.

Cristais do tempo visíveis: o papel dos cristais líquidos e da luz

Zhao e o seu colega Ivan Smalyukh, também da Universidade do Colorado em Boulder, construíram o seu cristal do tempo a partir de cristais líquidos - o mesmo tipo de material utilizado em ecrãs de tecnologia LCD, comuns em relógios e televisores. Estes materiais são formados por moléculas alongadas, em forma de bastão, que combinam características de líquido (fluidez) e de cristal (algum grau de ordem).

O procedimento assentou numa montagem em “sanduíche”: os investigadores colocaram o cristal líquido entre placas de vidro revestidas com um corante foto-responsivo. Quando iluminaram a amostra com tipos específicos de luz, as moléculas do corante polarizaram-se - isto é, alteraram a sua orientação - e essa mudança aplicou uma espécie de “força” sobre o cristal líquido.

Essa pressão induziu dobras e deformações no cristal líquido, que passaram a interagir entre si numa sequência complexa de etapas. O resultado foi um padrão de movimento auto-repetido que se manteve durante horas, mesmo quando as condições de luz e temperatura variaram.

Na amostra, esse comportamento tornou-se visível como uma série ondulante de riscas coloridas, com aparência de faixas intensas e brilhantes.

Smalyukh descreve o fenómeno de forma expressiva: “Tudo nasce do nada. Basta apontar uma luz e surge todo este mundo de cristais do tempo.”

O que isto pode desbloquear: aplicações e próximas perguntas

Os autores indicam que os resultados cumprem critérios rigorosos para serem classificados como cristal do tempo, mas sublinham que existe amplo espaço para explorar como estas estruturas se comportam noutros materiais e condições. À medida que os cristais do tempo forem estudados em regimes diferentes, é possível que surjam novos conjuntos de critérios para os descrever e identificar.

Do ponto de vista prático, o que já se consegue antever é particularmente apelativo: padrões temporais estáveis e controláveis podem ser úteis quando é necessário gerar assinaturas difíceis de replicar ou comportamentos ópticos repetitivos com alta previsibilidade.

Além disso, estes sistemas podem tornar-se uma plataforma interessante para engenharia de padrões dinâmicos em superfícies e componentes: ao controlar a iluminação e a resposta do material, poderá ser possível “programar” efeitos ópticos que mudam ao longo do tempo de forma reprodutível - um conceito relevante para comunicações e para dispositivos que dependem de modulação de luz.

Ainda assim, um desafio natural para a transição para tecnologia passa por compreender a robustez do efeito fora de laboratório: miniaturização, consumo energético, estabilidade a longo prazo e tolerância a variações ambientais serão aspetos decisivos para transformar demonstrações visuais em soluções integráveis.

Nas palavras de Zhao e Smalyukh, “possíveis aplicações tecnológicas em dispositivos ópticos, geradores de cristais fotónicos de espaço-tempo, telecomunicações e designs anti-contrafação podem sinalizar o início de uma fronteira entusiasmante para cristais do tempo e cristais de espaço-tempo, em que avanços na investigação fundamental podem impulsionar utilidade tecnológica”.

A investigação foi publicada na revista Nature Materiais.