Cuando se apaga una pantalla LCD de un reloj digital, lo que parece un simple rectángulo oscuro es, en realidad, un universo microscópico de moléculas ordenadas que responden a la luz. Ahora, ese mismo tipo de material ha permitido a un grupo de científicos dar forma a uno de los estados de la materia más extraños propuestos hasta hoy: los cristales de tiempo. Pero lo más llamativo de este avance no es solo su base teórica, sino algo mucho más tangible. Y es que, por primera vez, un cristal de tiempo ha sido creado de forma que puede observarse directamente, incluso a simple vista.
La investigación, liderada por Hanqing Zhao e Ivan Smalyukh desde la Universidad de Colorado Boulder, no solo confirma la existencia de estos fascinantes objetos en un entorno clásico (no cuántico), sino que demuestra que pueden generarse, sostenerse y visualizarse sin necesidad de condiciones extremas. El estudio, publicado en Nature Materials, presenta un tipo de cristal que oscila en el tiempo de forma espontánea y continua, con una estabilidad que lo hace observable durante horas. Este fenómeno, que hasta ahora solo se había detectado en sistemas cuánticos sofisticados, se manifiesta ahora en un entorno mucho más accesible.
Qué es un cristal de tiempo y por qué es tan especial
Un cristal de tiempo no es un objeto que viaje en el tiempo ni un artefacto de ciencia ficción. En física, los cristales convencionales tienen una estructura que se repite en el espacio. Es decir, sus átomos están organizados en patrones regulares, como los de un diamante o la sal. En cambio, un cristal de tiempo es un sistema cuya estructura no solo se repite en el espacio, sino también en el tiempo. Esto significa que ciertas propiedades del sistema cambian y regresan a su estado inicial de forma periódica, sin que haya una fuerza externa que lo impulse en ese ritmo.
Lo realmente sorprendente es que esta oscilación temporal ocurre de manera espontánea, rompiendo lo que se conoce como "simetría de traslación temporal". En términos sencillos, el sistema desarrolla un “tic-tac” interno sin que se le imponga uno desde fuera. Tal como explican los autores, para que algo sea clasificado como cristal de tiempo debe cumplir con requisitos estrictos: “Estos cristales deben surgir de una ruptura espontánea de la simetría temporal [...] y deben mostrar robustez frente a perturbaciones temporales externas”.
Un experimento con luz, tinte y paciencia
El nuevo cristal de tiempo fue creado a partir de cristales líquidos nemáticos, un tipo de material utilizado comúnmente en pantallas electrónicas. Para inducir el comportamiento temporal deseado, los científicos colocaron una capa delgada de este material entre dos placas de vidrio recubiertas con un tinte fotosensible. Al iluminar el sistema con luz azul polarizada, se desencadenó un complejo juego de reorientaciones moleculares en cadena.
La clave del proceso está en cómo las moléculas del tinte, al reaccionar a la luz, alteran el campo de orientación de las moléculas del cristal líquido. Estas reacciones generan lo que los investigadores describen como “solitones topológicos similares a partículas”, que se organizan en patrones que oscilan de manera regular tanto en el espacio como en el tiempo. Según el artículo, “se observó una fase de cristalización espacio-temporal continua formada por solitones topológicos tipo partícula”, y estos patrones pudieron “observarse directamente con un microscopio óptico y, en determinadas condiciones, incluso a simple vista” .
El primer cristal de tiempo que se puede ver
Hasta ahora, los cristales de tiempo se habían observado únicamente en sistemas cuánticos: átomos atrapados, cúbits superconductores o gases de Rydberg, todos ellos accesibles solo en laboratorios altamente especializados. Este experimento es el primero que permite “ver” un cristal de tiempo con un microscopio óptico convencional, sin necesidad de cámaras de vacío, temperaturas cercanas al cero absoluto ni otros extremos.
En las imágenes obtenidas, el cristal se presenta como una serie de rayas de colores ondulantes, que representan los cambios periódicos en la orientación de las moléculas. En el artículo se explica que el tamaño del patrón oscilante puede llegar a superar 1 mm², suficiente para ser detectado a simple vista en ciertas condiciones de iluminación . Además, la oscilación persiste durante horas y mantiene su ritmo aunque cambien variables como la temperatura o la intensidad de la luz.
Estabilidad, robustez y comportamiento colectivo
Un aspecto fundamental para que un sistema sea clasificado como cristal de tiempo es su robustez frente a perturbaciones. El estudio demuestra que estos cristales se recuperan rápidamente incluso después de alteraciones intencionadas, como cambios en la intensidad de la luz. Según los datos, la estructura del cristal se reorganiza de forma espontánea en pocos segundos, reanudando su comportamiento oscilante sin necesidad de reiniciar el sistema.
El modelo matemático desarrollado por los investigadores muestra que esta estabilidad proviene de la interacción colectiva entre los solitones, que funcionan como cuasipartículas unidas por enlaces topológicos. Estas interacciones generan una especie de "pegamento" que mantiene el orden del sistema, incluso en presencia de ruido o fluctuaciones externas. En palabras del artículo: “La cristalización espacio-temporal continua es bastante estable a temperatura ambiente y puede persistir localmente durante horas de observación”.
Aplicaciones futuras: de lentes ópticas a medidas anticopia
Más allá del valor teórico, este cristal de tiempo tiene un enorme potencial tecnológico. Al estar hecho con materiales ya utilizados en dispositivos cotidianos, podría integrarse en nuevas generaciones de dispositivos ópticos, moduladores de luz, sistemas de comunicación y herramientas de cifrado. Uno de los usos más prometedores es el de sistemas anticopia basados en patrones espacio-temporales únicos, imposibles de replicar sin conocer exactamente las condiciones de generación del cristal.
También se menciona la posibilidad de usar estos cristales en generadores de números aleatorios y códigos de barras espacio-temporales, cuya densidad de información sería muy superior a la de los códigos bidimensionales actuales. En este contexto, los autores afirman que “las aplicaciones tecnológicas potenciales en dispositivos ópticos, generadores de cristales espacio-temporales fotónicos, telecomunicaciones y diseños anticopia podrían señalar el comienzo de una frontera emocionante”.
Una puerta abierta a nuevos estados de la materia
Este descubrimiento no solo amplía los límites de la física de materiales, sino que también plantea preguntas fundamentales sobre cómo puede organizarse la materia en el tiempo. El hecho de que se haya conseguido crear un cristal de tiempo en un sistema clásico, a temperatura ambiente y con elementos comunes, sugiere que la naturaleza podría esconder muchos más comportamientos espacio-temporales aún por descubrir.
Por último, este enfoque experimental podría inspirar nuevos estudios sobre cristales de tiempo en tres dimensiones espaciales y más de una dimensión temporal, lo que abriría la puerta a toda una nueva rama de la física de materiales. Tal como concluye el artículo, “la cristalización espacio-temporal espontánea podría ser un fenómeno generalizado en numerosos sistemas abiertos, tanto cuánticos como clásicos” .
Referencias
- Hanqing Zhao, Ivan I. Smalyukh. Space-time crystals from particle-like topological solitons. Nature Materials (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02344-1.
