Físicos crean un nuevo tipo de cristal de tiempo que por primera vez podemos ver a simple vista
Por primera vez, un cristal de tiempo deja de ser un fenómeno oculto en laboratorios cuánticos y se muestra ante nuestros ojos. El hallazgo, logrado con cristales líquidos comunes y un simple haz de luz, podría transformar la ciencia y la tecnología.
Por Enrique Coperías
Las franjas en un cristal de tiempo, vistas bajo un microscopio. Cortesía: Zhao & Smalyukh, 2025, Nature Materials
Imagínate un reloj sin engranajes ni pilas, cuyos punteros se moviesen eternamente, impulsados únicamente por las leyes fundamentales de la física. Un reloj que nunca se detiene porque su propia estructura está hecha de tiempo. Esa es, en esencia, la metáfora que mejor describe el fenómeno que un equipo de la Universidad de Colorado en Boulder (Estados Unidos) acaba de lograr: un cristal de tiempo que podemos observar directamente, incluso a simple vista.
El logro, publicado en la revista Nature Materials, supone un hito en un campo que hace apenas una década parecía más propio de la ciencia ficción que de los laboratorios. En 2012, el Nobel de Física Frank Wilczek lanzó la alocada idea de la existencia de los llamados cristales de tiempo, materiales capaces de presentar una estructura periódica no en el espacio, como ocurre con los cristales de sal o de cuarzo, sino en el propio flujo del tiempo.
En ellos, la materia se organiza de forma espontánea en patrones que se repiten a intervalos temporales regulares, como si fuesen relojes naturales incrustados en el universo.
Un cristal cuya aceptación llevó un tiempo
La propuesta de Wilczek generó un agrio debate entre los físicos y hasta dio origen a un teorema de imposibilidad que pretendía enterrarla. Pero lejos de desaparecer, el concepto atrajo a decenas de laboratorios en todo el mundo, que en los últimos años han logrado demostrar la existencia de versiones cuánticas de estos estados exóticos en átomos ultrafríos, espines nucleares y circuitos superconductores.
Así es, desde 2017 varios grupos han conseguido materializar versiones cuánticas de cristales de tiempo en sistemas ultrafríos, con trampas de iones o en ordenadores cuánticos. Hasta ahora, los cristales de tiempo habían sido habitantes casi exclusivos del mundo cuántico.
Lo que diferencia al nuevo trabajo de Hanqing Zhao e Ivan Smalyukh es que su cristal de tiempo no requiere condiciones extremas ni equipos sofisticados de física cuántica. Se forma en un material común, los cristales líquidos nemáticos —primos cercanos de los que hacen funcionar las pantallas LCD—, y con algo tan sencillo como iluminar la muestra con luz azul de baja potencia.
«[Los nuevos cristales de tiempo] pueden observarse directamente bajo un microscopio e incluso, en condiciones especiales, a simple vista», explica Hanqing Zhao, autor principal del estudio y doctorando en Física en CU Boulder.
Cristal de tiempo en movimiento.
Un estado de la materia que se puede ver
La clave de este avance está en que no se trata de un cristal de tiempo cualquiera, sino de un cristal espacio-temporal continuo. Esto quiere decir que rompe la simetría tanto en el espacio como en el tiempo, organizándose en patrones que se repiten en ambas dimensiones. Y lo hace de manera espontánea, sin necesidad de impulsos periódicos externos, cumpliendo así con los criterios más estrictos que definen este estado exótico de la materia.
Los investigadores construyeron celdas de vidrio recubiertas con un tinte fotoactivo de azobenceno y las llenaron con un cristal líquido nemático. Cuando la muestra se ilumina con luz polarizada, las moléculas de la superficie cambian de orientación y arrastran consigo a las del interior. Esto desencadena un bucle de retroalimentación que genera estructuras estables llamadas solitones topológicos.
«Todo nace de la nada —resume Smalyukh—. Basta con encender la luz y emerge este mundo entero de cristales de tiempo».
Estas partículas emergentes interactúan como si fueran átomos en una red, y se organizan en franjas periódicas que oscilan con una frecuencia propia; alrededor de 4,6 segundos en las muestras observadas.
El resultado es tan llamativo que los autores lo comparan con un salón de baile en una novela de Jane Austen: parejas que se forman, se separan, giran y vuelven a encontrarse en un ciclo sin fin.
Psicodelia bajo el microscopio
Vistos al microscopio con filtros polarizadores, los cristales de tiempo se asemejan a franjas psicodélicas de tigre, de colores que se alternan en un patrón hipnótico. Y lo extraordinario es que estas oscilaciones pueden mantenerse durante horas a temperatura ambiente, algo inédito en un campo en el que, hasta ahora, los cristales de tiempo eran efímeros y se ocultaban en los márgenes de la mecánica cuántica.
La estabilidad del sistema fue sometida a prueba: los investigadores variaron la temperatura, alteraron la intensidad de la luz o introdujeron perturbaciones temporales. En todos los casos, el cristal de tiempo demostró una notable robustez, recuperando su orden tras unas pocas oscilaciones.
Este comportamiento lo diferencia de otros fenómenos periódicos —como las reacciones químicas oscilantes o ciertos patrones biológicos— que, aunque rítmicos, no cumplen con los criterios de simetría y estabilidad que definen un cristal de tiempo.
De la teoría a la práctica: la física detrás del fenómeno
Los cristales de tiempo no deben confundirse con simples patrones repetitivos. La diferencia fundamental está en que aquí la periodicidad no está impuesta desde fuera, sino que surge de la ruptura espontánea de la simetría temporal. En otras palabras: el sistema se organiza en un ciclo propio que no depende del ritmo de la fuente externa de luz.
En el cristal líquido aparecen solitones topológicos, que son como pequeños muros invisibles donde la orientación de las moléculas cambia bruscamente. Esos muros pueden tener un giro positivo o negativo y, por lo estables que resultan, se comportan como si fueran partículas independientes que se mueven e interactúan dentro del material. No pueden eliminarse fácilmente, y solo desaparecen al encontrarse con su antipartícula, con la que se aniquilan.
Esto crea una red de interacciones que mantiene el orden espacio-temporal de forma duradera.
La certificación de un cristal de tiempo
Los cálculos numéricos realizados por el equipo confirman que este comportamiento se explica a partir del equilibrio entre las fuerzas ópticas, de superficie y las propiedades elásticas del cristal líquido. El modelo reproduce con precisión las imágenes observadas en el laboratorio.
Al interactuar entre sí, esos solitones se organizan en redes periódicas que cumplen con todos los criterios para ser considerados auténticos cristales de tiempo:
✅ Ruptura espontánea de la simetría temporal, es decir, el sistema empieza a oscilar por sí solo sin seguir el ritmo de la fuente externa.
✅ Robustez frente a perturbaciones, de manera análoga a como un cristal de sal no se desordena con pequeños golpes.
✅ Persistencia, capaz de mantenerse durante horas en condiciones de laboratorio y a temperatura ambiente
Apilando varios cristales de tiempo, los físicos pueden generar patrones mucho más complejos, hasta crear lo que llaman un “código de barras temporal”.
Una historia con antecedentes
La idea original de Wilczek partía de un paralelismo: si los cristales ordinarios, como el diamante o la sal, repiten su estructura en el espacio formando redes atómicas rígidas, ¿sería posible imaginar materiales que repitiesen un patrón en el tiempo? Un estado que, incluso en reposo, nunca dejase de oscilar, como un gif que se repite eternamente.
Su propuesta inicial resultó inviable, pero abrió la puerta a nuevas aproximaciones. En 2021, por ejemplo, un equipo utilizó el ordenador cuántico Sycamore de Google para inducir oscilaciones periódicas en una red de átomos manipulada con pulsos de láser. Eran, en cierto modo, los primeros cristales de tiempo cuánticos observados en laboratorio.
El nuevo trabajo supone un giro radical porque demuestra que no es necesario recurrir a la física cuántica extrema para observar un cristal de tiempo. Basta con un sistema de materia blanda y un haz de luz azul.
Aplicaciones potenciales, de la criptografía a las telecomunicaciones
Aunque el descubrimiento es todavía fundamental, sus posibles aplicaciones despiertan entusiasmo:
✅ Dispositivos ópticos avanzados: los cristales de tiempo pueden actuar como rejillas dinámicas que modulan la fase y polarización de la luz, lo que permitiría fabricar lentes y elementos ópticos con propiedades inéditas.
✅ Generadores fotónicos de cristales de tiempo: al interactuar con longitudes de onda en telecomunicaciones, podrían servir para codificar y transmitir información de formas más seguras y eficientes.
✅ Sistemas de seguridad y anticopia: la estructura periódica en el tiempo puede actuar como una marca de agua temporal imposible de falsificar, con aplicaciones en criptografía y protección de documentos. «Los Gobiernos podrían añadir estos materiales a los billetes para hacerlos más difíciles de falsificar: basta con iluminar el marca de agua temporal y observar el patrón que aparece», explica Zhao.
✅ Nuevos códigos de barras en 2D y 3D: combinando varios cristales de tiempo se pueden crear patrones únicos que almacenan gran cantidad de información en dimensiones espaciales y temporales.
Además, este descubrimiento sugiere que los cristales de tiempo no son rarezas reservadas al mundo cuántico, sino que podrían aparecer también en materiales comunes como los cristales líquidos. En otras palabras, quizá no sean un fenómeno tan exótico como pensábamos, sino algo más cercano y frecuente en la naturaleza.
Una simulación por ordenador muestra el funcionamiento interno de un cristal de tiempo: un haz de luz (flecha azul) hace que las moléculas del tinte (barras rojas) cambien de orientación y provoquen el movimiento en los cristales líquidos.
Una ventana al futuro de la materia
Los autores son cautos respecto a los usos inmediatos, pero reconocen que el potencial es enorme. «No queremos poner límites a las aplicaciones ahora mismo —advierte Smalyukh—. Creo que hay oportunidades para llevar esta tecnología en todo tipo de direcciones».
El hallazgo también plantea cuestiones más profundas. Si se pueden crear cristales de tiempo espacio-temporales en dimensiones 1+1 (una espacial y una temporal), ¿será posible diseñarlos en 2+1 o 3+1 dimensiones, incorporando defectos topológicos más complejos? ¿Podrían integrarse en dispositivos electrónicos o fotónicos de consumo?
Los autores apuntan a que este tipo de sistemas podrían convertirse en plataformas versátiles para explorar nuevas simetrías espacio-temporales y para diseñar materiales con propiedades emergentes inéditas.
En paralelo, la comunidad científica se enfrenta ahora a un reto conceptual: diferenciar los auténticos cristales de tiempo de otros fenómenos periódicos. Muchos sistemas químicos o biológicos presentan oscilaciones regulares, pero no todos cumplen los requisitos estrictos que definen este nuevo estado de la materia.
Un reloj eterno al alcance de la vista
En definitiva, los cristales de tiempo que Zhao y Smalyukh han logrado crear y observar constituyen una demostración tangible y directa de un concepto que nació como especulación teórica. No se trata de un resultado anecdótico: podría marcar el inicio de una nueva etapa en la física de la materia condensada, donde espacio y tiempo se entrelazan para generar orden de formas insospechadas.
Que podamos verlos con nuestros propios ojos es más que una curiosidad: es una invitación a imaginar un futuro en el que la manipulación del tiempo deje de ser patrimonio de la ciencia ficción para convertirse en una herramienta tecnológica cotidiana.
Quizá, dentro de unos años, cuando desbloqueemos un dispositivo seguro, consultemos un holograma dinámico o usemos un sistema de telecomunicaciones ultrarrápido, estaremos interactuando –sin saberlo– con esos relojes cristalinos que laten en la frontera entre la luz, la materia y el tiempo.▪️
Información facilitada por la Universidad de Colorado en Boulder
Fuente: Zhao, H., Smalyukh, I.I. Space-time crystals from particle-like topological solitons. Nature Materials (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02344-1
