Les caractéristiques des cristaux temporels ont été identifiées dans des endroits où vous n’auriez jamais pensé à les chercher : un composé trouvé dans l’engrais, et dans ces kits de culture de cristaux pour les enfants, que l’on peut trouver dans les magasins de jouets.

Ce composé est le phosphate de monoammonium (dit MAP), et les physiciens de Yale qui en ont fait la découverte sont perplexes, car cela soulève des questions sur la manière dont les cristaux temporels se forment, dans un premier temps. Dans les cristaux normaux, les atomes sont disposés dans une structure de grille fixe, comme le réseau atomique d’un diamant ou d’un cristal de quartz par exemple. Ces treillis répétés peuvent différer dans leur configuration, mais ils ne bougent pas beaucoup : ils ne se répètent que dans l’espace, mais pas dans le temps.

Cependant, les cristaux temporels sont différents : d’abord théorisés en 2012 puis identifiés en 2016, ils possèdent des propriétés pour le moins étranges. À l’œil nu, ils ressemblent à des cristaux ordinaires, mais leurs atomes sont en fait en oscillation constante : tournant d’abord dans une direction, puis dans l’autre lorsqu’ils sont exposés à une impulsion électromagnétique qui inverse le spin. Même lorsque l’impulsion est irrégulière, les oscillations sont figées à une fréquence particulière et très régulière.

Parce qu’ils sont si nouveaux, les cristaux temporels discrets (DTC) n’ont pas été observés très souvent, et seulement une fois auparavant dans un cristal solide, lorsque des physiciens de Harvard ont créé un cristal temporel à partir d’un diamant à vacance d’azote. La première expérience ainsi que celle de l’Université du Maryland, en 2016, ont démontré le comportement des cristaux temporels dans une ligne d’atomes d’ytterbium.

Le nouveau cristal temporel identifié à Yale, bien qu’inspiré de ces expériences, est encore différent de ces deux premières découvertes. « Nous avons décidé de chercher par nous-mêmes la signature du DTC », a déclaré le physicien Sean Barrett, auteur principal de deux nouvelles études. « Mon étudiant Jared Rovny avait fait pousser des cristaux de phosphate de monoammonium (MAP) pour une expérience complètement différente, donc nous en avions en laboratoire », a-t-il ajouté.

Il s’avère que les cristaux MAP sont incroyablement faciles à cultiver : des instructions ainsi que des kits sont très accessibles sur internet. Bien qu’il s’agisse d’un endroit inattendu pour y découvrir des signatures de cristaux temporels. En effet, auparavant, l’on pensait que ces signatures ne pouvaient se produire que dans un environnement bien plus désordonné.

Cependant, après avoir soumis les cristaux de phosphate de monoammonium à la résonance magnétique nucléaire, l’équipe a constaté des signatures cristallines temporelles à l’intérieur d’un cristal hautement ordonné. « Nos mesures de cristal ont semblé tout à fait saisissantes dès le départ. Notre travail suggère que la signature d’un DTC pourrait être trouvée, en principe, en analysant un kit de culture de cristaux pour enfants », a déclaré Barrett.

Les cristaux temporels ont un grand potentiel pour des applications pratiques. Ils pourraient notamment être utilisés pour améliorer notre technologie actuelle des horloges atomiques. Ils pourraient également contribuer à l’amélioration d’autres technologies telles que les gyroscopes et les systèmes qui reposent sur les horloges atomiques, comme le GPS. Sans oublier qu’ils pourraient aussi faciliter les expériences d’intrication quantique.

Même la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense, du département de la Défense des États-Unis) consacre des ressources à la recherche de cristaux temporels. Donc, la possibilité que ces derniers puissent être trouvés dans un cristal si commun, est une nouvelle plus qu’excitante pour les scientifiques.

Mais de nombreux défis subsistent : si les cristaux temporels peuvent se produire dans des arrangements ordonnés (dans des cristaux ordinaires), alors les physiciens devront comprendre comment cela se produit et pourquoi est-ce qu’un plus grand nombre de cristaux ordinaires ne présentent pas de signatures cristallines temporelles.

Source : Physical Review Letters, Physical Review B, YaleNews

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