Vår nuvarande, väletablerad förståelse av materiens faser hänför sig främst till system som är vid eller nära termisk jämvikt. Dock, det finns en rik värld av system som inte är i jämvikt, som kan vara värd för nya och fascinerande materiefaser.

Nyligen, studier som fokuserar på system utanför termisk jämvikt har lett till upptäckten av nya faser i periodiskt drivna kvantsystem, den mest kända av dem är den diskreta tidskristallfasen (DTC). Denna unika fas kännetecknas av kollektiva subharmoniska svängningar som härrör från samspelet mellan mångkroppsinteraktioner och icke-jämviktskörning, vilket leder till förlust av ergodicitet.

Intressant, subharmoniska svängningar är också kända för att vara karakteristiska för dynamiska system, såsom rovdjur-bytesmodeller och parametriska resonanser. Vissa forskare har alltså undersökt möjligheten att dessa klassiska system kan uppvisa liknande funktioner som de som observerats i DTC -fasen.

Forskare vid University of California har nyligen genomfört en studie som undersöker denna möjlighet, med fokus på periodiskt driven Hamiltonsk dynamik kopplad till ett bad med begränsad temperatur, som kan ge både friktion och buller. Deras papper, nyligen publicerad i Naturfysik , visar att bullret och interaktioner som uppstår i detta system kan driva en dynamisk fasövergång av första ordningen, från en diskret tidsoversättningsinvariant fas till en "aktiverad" klassisk diskret tidskristall (CDTC) fas.

"Vårt mål var att undersöka om ett rent klassiskt system med många kroppar kopplat till ett bullrigt begränsad temperaturmiljö kan visa samma typ av stel tidskristallin ordning som man vet uppstår i kvantsystem, "Michael Zaletel, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org.

De senaste experimenten som undersöker tidskristaller har fokuserat på kvantsystem, såsom instängda atomjoner och fasta snurr. Dock, inspirerad av experiment med drivna laddningsdensitetsvågor från 1980 -talet, Zaletel och hans kollegor bestämde sig för att återgå till frågan om den kristallina tidordningen kan uppstå i klassiska icke-jämviktssystem.

I sina numeriska experiment, fann forskarna att när de kopplades till ett bad med begränsad temperatur, ett periodiskt drivet 1-D klassiskt system kan uppvisa en fasövergång mellan en aktiverad CDTC och en symmetri-obruten fas. I CDTC -fasen, tidsöversättningssymmetrin bryts ut till exponentiellt långa tidsskalor. Dessutom, forskarna observerade förekomsten av power-law korrelationer längs en första ordningens kritiska linje.

"För ett generiskt klassiskt system i en dimension, vi finner att tidskristallin ordning överlever en exponentiellt lång tid, men i slutändan tidsskala, "Norman Yao, en annan forskare som är involverad i studien, berättade för Phys.org. "En spännande öppen fråga är om man kan använda en mer komplex uppsättning interaktioner mellan de klassiska partiklarna för att förlänga det tidskristallina beteendet till oändliga tider. Även om vi inte är positiva till detta, vi gissar, bygger på ett vackert resultat som uppnåtts av Peter Gács i samband med probabilistiska mobilautomater, att oändligt långlivade klassiska tidskristaller verkligen kan existera i vilken dimension som helst. "

Den senaste studien som Zaletel genomförde, Yao och deras kollegor är en av de första som utforskar DTC-fasövergången i ett klassiskt icke-jämviktskroppssystem. I framtiden, forskarna planerar att genomföra ytterligare studier som syftar till att noggrant bevisa sin gissning om att det finns klassiska tidskristaller.

© 2020 Science X Network