Un experimento de sobremesa con un par de bolitas de poliestireno ha conseguido algo que hace unos años sonaba a ciencia ficción. Un equipo de la Universidad de York ha observado un cristal de tiempo clásico visible a simple vista, formado por dos esferas que levitan en el aire gracias al sonido y que entran en un movimiento rítmico propio, sin que nadie las esté “empujando” de forma periódica. El trabajo se ha publicado en Physical Review Letters.
¿Qué tiene de especial este sistema? En palabras sencillas, estas partículas flotantes se convierten en una especie de metrónomo que se pone en marcha solo. Mantienen un vaivén estable durante largos periodos de tiempo, pese a la fricción del aire y sin un reloj externo que marque el ritmo. Según el artículo, ese comportamiento cumple la definición de cristal de tiempo clásico continuo, un estado de la materia fuera del equilibrio.
Qué es un cristal de tiempo y por qué este experimento importa
En un cristal “normal”, como la sal o el cuarzo, el orden se repite en el espacio. Si desplazas la mirada de un punto a otro, ves el mismo patrón. En un cristal de tiempo, lo que se repite es el movimiento. El sistema vuelve una y otra vez al mismo estado después de un cierto intervalo temporal, incluso cuando no recibe un impulso periódico desde fuera.
Hasta ahora, muchos cristales de tiempo se habían visto en sistemas cuánticos muy delicados, enfriados casi al cero absoluto y con montajes carísimos. Aquí sucede lo contrario. Los físicos usan sonido, bolitas de poliestireno y un dispositivo que podría sostenerse con una mano. Varios divulgadores destacan que es uno de los ejemplos más simples y baratos de cristal de tiempo que se han logrado hasta hoy.
La física Mia C. Morrell y sus colegas muestran que basta con dos partículas levitadas para acceder a varios estados dinámicos diferentes. En uno de ellos, las bolitas oscilan de forma coordinada y repetitiva, rompiendo la simetría temporal del sistema (es decir, el comportamiento deja de ser igual en todos los instantes).
Levitación acústica y bolitas que “bailan” en el aire
El montaje se basa en un levitador acústico. Un emisor de ultrasonidos crea una onda estacionaria en el aire; en ciertos puntos se forman nodos de presión que actúan como “cunas” donde pueden quedar atrapados objetos ligeros. En este caso son pequeñas esferas de poliestireno de tamaño milimétrico, que flotan como si estuvieran colgadas de un muelle invisible.
Hasta aquí, nada muy exótico. Lo interesante llega cuando se colocan dos esferas a distancias adecuadas. Cada una distorsiona el campo de sonido y dispersa parte de la onda. Esa dispersión hace que las partículas “se sientan” mutuamente a través del sonido. La fuerza no pasa por una barra o un hilo, sino por las propias ondas acústicas que van y vienen entre ellas.
Cuando las fuerzas dejan de ser iguales en ambos sentidos
En los libros de texto, la tercera ley de Newton dice que a toda acción le corresponde una reacción igual y opuesta. Sin embargo, en este experimento las fuerzas entre las partículas no son exactamente recíprocas. Una puede influir más que la otra. ¿Significa eso que la ley de Newton se rompe sin más? No del todo.
Los autores explican que el sistema no está realmente cerrado, porque las ondas sonoras pueden llevarse momento lejos de las esferas. Parte de la “reacción” se pierde en el campo acústico. Si las dos bolitas no son idénticas, esa asimetría permite extraer energía del sonido constante y convertirla en un movimiento oscilatorio sostenido. Es como si el sistema aprendiera a aprovechar el zumbido de fondo para mantener su propio ritmo interno.
En cierto régimen de parámetros, la fricción del aire se compensa en buena parte con esa entrada de energía. Entonces las partículas dejan de quedarse quietas y empiezan a oscilar de manera estable, sin que nadie les dé golpecitos periódicos desde fuera. Ese estado se mantiene durante tiempos mucho mayores que los esperados por simple amortiguamiento.
De materia pasiva a comportamiento “activo” emergente
Las bolitas de poliestireno son totalmente pasivas. No llevan motor ni batería. Aun así, el conjunto se comporta como un sistema activo, capaz de mantener por sí mismo un movimiento ordenado. El artículo subraya que esta actividad no es una propiedad de cada partícula por separado, sino de la configuración completa y de las interacciones mediadas por ondas.
En la práctica, esto abre una línea nueva para estudiar cómo aparecen ritmos colectivos en sistemas sencillos, algo que interesa tanto en física de materiales como en biología. Si dos esferas flotantes pueden sincronizarse gracias a fuerzas no recíprocas, cabe preguntarse qué podría pasar con redes más complejas de elementos acoplados por luz, sonido o fluidos.
Los autores apuntan que montajes similares podrían usarse como osciladores compactos o sensores muy sensibles, aprovechando que el sistema mantiene un “tic-tac” interno sin necesidad de un control externo continuo.
El estudio científico oficial se ha publicado en la revista Physical Review Letters.
