Новая фаза материи, которая, как считалось, может быть понятна только с помощью квантовой физики, может быть изучена гораздо более простыми классическими методами.
Исследователи из Кембриджского университета использовали компьютерное моделирование для изучения потенциально новых фаз материи, известных как предтепловые дискретно-временные кристаллы (ДТК). Считалось, что свойства дотепловых ДТК зависят от квантовой физики: странных законов, управляющих частицами на субатомном уровне. Однако исследователи обнаружили, что для понимания этих загадочных явлений можно использовать более простой подход, основанный на классической физике.
Понимание этих новых фаз материи – это шаг вперед к управлению сложными системами многих тел, что является давней целью, имеющей различные потенциальные применения, например, моделирование сложных квантовых сетей. Результаты исследования представлены в журналах Physical Review Letters и Physical Review B.
“Вы можете думать о том, как родитель толкает ребенка на качелях на детской площадке. Обычно родитель толкает ребенка, тот отскакивает назад, и тогда родитель толкает его снова. С точки зрения физики, это довольно простая система. Но если бы на одной игровой площадке было несколько качелей, и если бы дети на них держались за руки друг с другом, система стала бы намного сложнее, и могло бы возникнуть гораздо более интересное и менее очевидное поведение. Претермическая ЦТД – одно из таких поведений, при котором атомы, действуя как вибрации, “возвращаются”, например, только каждую вторую или третью секунду”. – рассказывают ученые.
Впервые предсказанные в 2012 году, ДТК открыли новую область исследований и были изучены в различных видах, включая эксперименты. Среди них дотермические ЦТС – относительно простые в реализации системы, которые не нагреваются так быстро, как обычно, ожидается, а вместо этого демонстрируют кристаллическое поведение в течение очень долгого времени: чем быстрее они нагреваются, тем дольше сохраняются. Однако считалось, что они зависят от квантовых явлений.
Исследователи обнаружили, что для предтермических ЦТС можно избежать использования слишком сложных квантовых подходов и вместо этого использовать гораздо более доступные классические. Таким образом, исследователи могут моделировать эти явления более комплексно. Например, теперь они могут моделировать гораздо больше элементарных составляющих, получая доступ к сценариям, наиболее подходящим, например, для экспериментов в двух и трех измерениях.
Используя компьютерное моделирование, ученые изучили несколько взаимодействующих спинов, как дети на качелях под действием периодического магнитного поля, как родители, толкающие качели, используя классическую динамику гамильтониана. Полученная динамика четко и ясно продемонстрировала свойства дотеплового ЦТС: в течение длительных периодов времени намагниченность системы колеблется с периодом, превышающим период вращения диска.
