کشف جدید دانشمندان کمبریج؛ استفاده از فیزیک کلاسیک برای درک DTCs‌ ها

به گزارش خبرنگار حوزه دریچه فناوری گروه فضای مجازی باشگاه خبرنگاران جوان، به نقل از cam.ac.uk، با اینکه تصور می‌شد مرحله جدیدی از ماده فقط با استفاده از فیزیک کوانتوم قابل درک است، اما اکنون می‌توان با روش‌های کلاسیک بسیار ساده‌تر آن را مطالعه کرد. دانشمندان فکر می‌کردند بلور‌های زمان اساساً پدیده‌های کوانتومی هستند، اما به نظر می‌رسد یک رویکرد کلاسیک به آن‌ها اجازه می‌دهد در مورد آن‌ها بیشتر بدانند. محققان دانشگاه کمبریج از مدل سازی رایانه‌ای برای مطالعه مراحل جدید بالقوه ماده که به کریستال‌های زمان گسسته پیش گرمایی (DTCs) معروف هستند، استفاده کردند.

تصور می‌شد که خواص DTC‌های پیش گرمایی متکی به فیزیک کوانتومی است تا قوانین عجیب حاکم بر ذرات در مقیاس زیر اتمی. با این حال، پژوهشگران دریافتند که برای درک این پدیده‌های اسرارآمیز می‌توان از رویکرد ساده تری براساس فیزیک کلاسیک استفاده کرد. درک این مراحل جدید ماده، گامی به جلو در جهت کنترل سیستم‌های پیچیده بدن است، یک هدف دیرینه با کاربرد‌های بالقوه مختلف، مانند شبیه سازی شبکه‌های کوانتومی پیچیده. نتایج این تحقیق در Physical Review Letters و Physical Review B منتشر شده است.

جزئیاتی از DTC‌های پیش گرمایی

آندره پیتزی، نامزد دکتری در آزمایشگاه کاوندیش کمبریج، گفت: " ما فکر می‌کردیم DTC‌های پیش گرمایی اساساً پدیده‌های کوانتومی باشند اما آن ها سیستم‌های فیزیکی بسیار پیچیده‌ای هستند و نکات زیادی در مورد خواص غیر معمول آن‌ها وجود دارد. مانند اینکه یک کریستال استاندارد فضایی تقارن ترجمه فضایی را می‌شکند، زیرا ساختار آن در همه جا یکسان نیست. DTC‌ها یک تقارن ترجمه زمانی متمایز را می‌شکنند، زیرا هنگامی که به طور دوره‌ای تکان می‌خورند، ساختار آن‌ها در هر فشار تغییر می‌کند."

پیتزی می‌گوید: " شما می‌توانید پدر و مادری را تصور کنید که کودکی را روی تاب در زمین بازی هل می‌دهند. به طور معمول، والدین کودک را هل می‌دهند، کودک به عقب برمی گردد و والدین دوباره او را هل می‌دهند. در فیزیک، این یک سیستم نسبتاً ساده است. اما اگر چندین نوسان در همان زمین بازی وجود داشت، سیستم بسیار پیچیده‌تر می‌شد و رفتار‌های بسیار جالب‌تری ظاهر می‌شدند. به عنوان مثال DTC پیش گرمایی یکی از این رفتارها است که در آن اتم‌ها، مانند نوسان‌هایی فقط در هر ثانیه فشار می‌آورند."

سیستم DTC ‌ چیست؟

سیستم‌ DTCها که برای اولین بار در سال ۲۰۱۲ پیش بینی شدند، زمینه جدیدی را برای تحقیقات باز کرده اند. DTC‌های پیش گرمایی سیستم‌های نسبتاً ساده‌ای هستند که به طور معمول به سرعت گرم نمی‌شوند، اما در عوض برای مدت زمان طولانی رفتار کریستالی از خود نشان می‌دهند و هرچه سریع‌تر تکان داده شوند، بیشتر زنده می‌مانند. پیتزی می‌گوید: "توسعه نظریه‌های کوانتومی پیچیده است و حتی هنگامی که آن را مدیریت می‌کنید، معمولاً قابلیت‌های شبیه سازی شما بسیار محدود است، زیرا قدرت محاسباتی مورد نیاز فوق العاده زیاد است."

در حال حاضر، پیتزی و همکارانش دریافته اند که برای DTC‌های پیش گرمایی می‌توانند از رویکرد‌های کوانتومی بسیار پیچیده اجتناب کنند و به جای آن از روش‌های کلاسیک مقرون به صرفه‌تر استفاده کنند. به این ترتیب، محققان می‌توانند این پدیده‌ها را به شکل بسیار جامع‌تری شبیه سازی کنند. به عنوان مثال، آن‌ها اکنون می‌توانند بسیاری از اجزای اولیه را شبیه سازی کرده و به سناریو‌هایی دسترسی پیدا کنند که بیشترین ارتباط را با آزمایش‌ها دارند، مانند سناریو‌های دو و سه بعدی.

روش پویایی کلاسیک همیلتونی

با استفاده از شبیه سازی رایانه‌ای، محققان بسیاری از چرخش‌های متقابل مانند هل دادن کودکان را تحت تأثیر میدان مغناطیسی دوره‌ای و با استفاده از پویایی کلاسیک همیلتونی مطالعه کردند. پویایی‌های حاصل شده به روشنی، خواص DTC‌های پیش گرمایی را نشان داد؛ برای مدت طولانی، مغناطیس سازی سیستم با دوره‌ای بزرگتر از درایو نوسان می‌کند. پیتزی گفت: " تعجب آور است که این روش چقدر مفید است. چرا که به ما امکان می‌دهد سیستم‌های بزرگتر را بررسی کنیم. برخلاف زمانی که از روش‌های کوانتومی استفاده می‌کنیم، برای مطالعه آن مجبور نیستیم با این سیستم مقابله کنیم. امیدواریم این تحقیق پویایی کلاسیک همیلتونی را به عنوان رویکردی مناسب برای شبیه سازی در مقیاس وسیع از سیستم‌های پیچیده بدن ایجاد کند و راه‌های جدیدی را در مطالعه پدیده‌های عدم تعادل باز کند که DTC‌های پیش گرمایی تنها یک نمونه از آن‌ها هستند."

دکتر آندریاس نوننکامپ از دانشگاه وین و دکتر یوهانس نووله از دانشگاه فنی مونیخ همکاران پیتزی در انجام این پروژه بودند. البته در دانشگاه برکلی، گروه نورمن یائو نیز از روش‌های کلاسیک برای مطالعه DTC‌های پیش گرمایی استفاده می‌کنند. قابل توجه است که تیم‌های برکلی و کمبریج به طور همزمان به یک سوال پرداخته اند.

بیشتر بخوانید

• کشف جدید دانشمندان؛ قوانین دنیای ذرات میکروسکوپی متفاوت است

انتهای پیام/