Søger efter diskrete tidskrystaller i klassiske systemer med mange krop

Vores nuværende, veletableret forståelse af materiens faser vedrører primært systemer, der er ved eller nær termisk ligevægt. Imidlertid, der er en rig verden af ​​systemer, der ikke er i ligevægt, som kunne være vært for nye og fascinerende faser af sagen.

For nylig, undersøgelser med fokus på systemer uden for termisk ligevægt har ført til opdagelsen af ​​nye faser i periodisk drevne kvantesystemer, den mest kendte af dem er den diskrete tidskrystal (DTC) fase. Denne unikke fase er kendetegnet ved kollektive subharmoniske svingninger, der opstår som følge af samspillet mellem mange-kropsinteraktioner og ikke-ligevægtskørsel, hvilket fører til tab af ergodicitet.

Interessant nok, subharmoniske svingninger er også kendt for at være karakteristiske for dynamiske systemer, såsom rovdyr-byttemodeller og parametriske resonanser. Nogle forskere har således undersøgt muligheden for, at disse klassiske systemer kan udvise lignende træk som dem, der observeres i DTC -fasen.

Forskere ved University of California har for nylig gennemført en undersøgelse, der undersøgte denne mulighed, med fokus på periodisk drevet Hamiltonsk dynamik koblet til et bad med begrænset temperatur, som kan give både friktion og støj. Deres papir, for nylig offentliggjort i Naturfysik , viser, at støj og interaktioner, der opstår i dette system, kan drive en dynamisk faseovergang i første orden, fra en diskret tidsoversættelses invariant fase til en "aktiveret" klassisk diskret tidskrystal (CDTC) fase.

"Vores mål var at undersøge, om et rent klassisk system med mange kroppe koblet til et støjende, begrænset temperaturmiljø kan vise den samme type stiv tidskrystallinsk orden, som man ved opstår i kvantesystemer, "Michael Zaletel, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org.

De seneste forsøg med at undersøge tidskrystaller har fokuseret på kvantesystemer, såsom fangede atomioner og spin i fast tilstand. Imidlertid, inspireret af eksperimenter med drevne ladningstæthedsbølger tilbage til 1980'erne, Zaletel og hans kolleger besluttede at vende tilbage til spørgsmålet om, hvorvidt den tidskrystallinske orden kunne opstå i klassiske ikke-ligevægtssystemer.

I deres numeriske eksperimenter, fandt forskerne, at når de kobles til et bad med en endelig temperatur, et periodisk drevet 1-D klassisk system kan udvise en faseovergang mellem en aktiveret CDTC og en symmetri-ubrudt fase. I CDTC -fasen, tidsoversættelsessymmetrien brydes ud til eksponentielt lange tidsskalaer. Ud over, forskerne observerede tilstedeværelsen af ​​power-law korrelationer langs en førsteordens kritiske linje.

"For et generisk klassisk system i en dimension, vi finder, at tidskrystallinsk orden overlever i en eksponentielt lang tid, men i sidste ende endelig tidsskala, "Norman Yao, en anden forsker involveret i undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Et spændende åbent spørgsmål er, om man kan anvende et mere komplekst sæt af interaktioner mellem de klassiske partikler for at forlænge den tidskrystallinske adfærd til uendelige tider. Selvom vi ikke er positive over for dette, vi formoder, bygger på et smukt resultat opnået af Peter Gács i forbindelse med sandsynlige cellulære automater, at uendeligt lang levetid klassiske tidskrystaller faktisk kan eksistere i enhver dimension. "

Den nylige undersøgelse foretaget af Zaletel, Yao og deres kolleger er en af ​​de første, der udforsker DTC-faseovergangen i et klassisk ikke-ligevægtskropssystem. I fremtiden, forskerne planlægger at udføre yderligere undersøgelser, der har til formål nøje at bevise deres formodning om, at der findes klassiske tidskrystaller.

© 2020 Science X Network