Quando si raffredda l'acqua liquida, si cristallizza in ghiaccio. Considera un secchio pieno d'acqua, Per esempio. Quando l'acqua è liquida, le molecole d'acqua possono essere ovunque all'interno del secchio. In questo senso, ogni punto all'interno del secchio è equivalente. Una volta che l'acqua si è congelata, però, le molecole d'acqua occupano posizioni ben definite nello spazio. Così, non tutti i punti all'interno del secchio sono più equivalenti. I fisici si riferiscono a questo fenomeno come rottura spontanea della simmetria. Qui la simmetria di traslazione nello spazio è rotta dalla formazione del cristallo.

È possibile che i cristalli si formino nel tempo invece che nello spazio? Anche se sembra un'idea stravagante, si scopre che un cristallo temporale può emergere quando un sistema fisico di molte particelle interagenti viene periodicamente guidato. La caratteristica distintiva di un cristallo temporale è che un osservabile macroscopico, come la corrente elettrica in un solido, oscilla a una frequenza inferiore a quella di pilotaggio.

Finora, i cristalli temporali sono stati realizzati in sistemi modello artificiali. Ma ora, e i sistemi reali? Un pezzo di un superconduttore ad alta temperatura è un sistema così reale:puoi acquistarlo online. Non è molto da guardare, con il suo bruno, colore ruggine. Eppure il suo flusso di elettroni senza attrito a temperature fino a 100 K (-173 ° C) costituisce uno dei fenomeni più spettacolari della scienza dei materiali.

"Proponiamo di trasformare un superconduttore ad alta temperatura in un cristallo temporale puntando un laser su di esso, " spiega il primo autore Guido Homann del Dipartimento di Fisica dell'Università di Amburgo. La frequenza del laser deve essere sintonizzata sulla risonanza della somma di due eccitazioni fondamentali del materiale. Una di queste eccitazioni è l'elusivo modo di Higgs, che è concettualmente correlato al bosone di Higgs nella fisica delle particelle. L'altra eccitazione è la modalità plasma, corrispondente ad un moto oscillatorio di coppie di elettroni, responsabili della superconduttività.

Co-autore Dr. Jayson Cosme dell'Universität Hamburg, ora Università delle Filippine, aggiunge che "la creazione di un cristallo temporale in un superconduttore ad alta temperatura è un passo importante perché stabilisce questa genuina fase dinamica della materia nel dominio della fisica dello stato solido". Il controllo dei solidi mediante la luce non è solo affascinante da un punto di vista scientifico, ma anche tecnologicamente rilevante, come sottolineato dal capogruppo Prof. Dr. Ludwig Mathey. "L'obiettivo finale della nostra ricerca è progettare materiali quantistici su richiesta". Con la loro nuova proposta, questo affascinante sforzo è ora avanzato verso stati dinamici della materia, piuttosto che i soliti stati statici della materia, definendo una strategia per progettare cristalli temporali invece di cristalli regolari, che apre una nuova e sorprendente direzione del design materico.