时间晶体回到基础方法有助于解开物质的真相

　　剑桥大学的研究人员使用计算机建模来研究潜在的新物质相，即预热离散时间晶体(DTCs)。人们认为预热DTCs的性质依赖于量子物理学：在亚原子尺度上支配粒子的奇怪定律。然而，研究人员发现，一种基于经典物理学的更简单的方法可以用来理解这些神秘的现象。
　　＂我们认为时间晶体本质上是量子现象，但事实证明，这是一种更简单的经典方法，让我们更多地了解它们。＂ 皮兹
　　了解物质的这些新相是朝着控制复杂的多体系统迈出的一步，这是一个长期的目标，具有各种潜在的应用，例如复杂量子网络的模拟。这一结果发表在两份联合论文中。 物理评论信 和 物理评论B .
　　当我们发现一些新的东西，无论是行星，动物，还是疾病，我们可以通过越来越仔细的观察来了解它。先尝试更简单的理论，如果它们不起作用，就尝试更复杂的理论或方法。
　　剑桥卡文迪什实验室的博士研究生安德里亚·皮兹(Andrea Pizzi)说：＂我们认为预热DTCs就是这样的情况。＂Pizzi是这两篇论文的第一作者。＂我们认为它们本质上是量子现象，但事实证明，一种更简单的经典方法让我们对它们有了更多的了解。＂
　　DTCs是高度复杂的物理系统，对于它们的不寻常特性还有很多需要学习的地方。就像标准的空间晶体打破空间平移对称性，因为它的结构不是在空间中的所有地方都是一样的，DTCs打破了一个独特的时间-平移对称性，因为当周期性地＂摇晃＂时，它们的结构在每一次‘推’时都发生变化。
　　Pizzi说：＂你可以把它想象成父母在操场上把孩子推到秋千上一样。＂＂通常情况下，父母推孩子，孩子会向后摆动，然后父母再推他们。在物理学中，这是一个相当简单的系统。但是如果在同一个操场上有多个秋千，如果孩子们互相牵手，系统就会变得更加复杂，更有趣和不那么明显的行为也会出现。预热DTC就是这样的行为之一，在这种行为中，原子就像摆动一样，每一秒或第三次推一次就会＂回来＂。＂
　　首次预测在2012年，DTCs开辟了一个新的研究领域，并已在各种类型的研究，包括在实验中。其中，预热dtc是相对简单的实现系统，不像通常预期的那样快速加热，而是在很长一段时间内表现出时间-结晶行为：它们被摇晃得越快，它们存活的时间就越长。然而，人们认为它们依赖于量子现象。
　　＂发展量子理论是复杂的，即使你管理它，你的模拟能力通常是非常有限的，因为所需的计算能力非常大，＂Pizzi说。
　　现在，pizzi和他的合著者发现，对于预热dtc来说，它们可以避免使用过于复杂的量子方法，而使用更实惠的经典方法。这样，研究人员就可以更全面地模拟这些现象。例如，他们现在可以模拟更多的基本成分，访问与实验最相关的场景，比如二维和三维。
　　利用计算机模拟，研究人员使用经典的哈密顿动力学研究了许多相互作用的自旋--比如秋千上的孩子--在周期性磁场的作用下--就像推动摆动的父母一样。所得到的动力学结果清晰地表明了预热DTCs的特性：在很长一段时间内，系统的磁化强度振荡的周期大于驱动器的磁化强度。
　　＂令人惊讶的是，这种方法是如此干净，＂Pizzi说。＂因为它允许我们观察更大的系统，它非常清楚地说明了正在发生的事情。与我们使用量子方法不同的是，我们不需要与这个系统进行斗争来研究它。我们希望本研究将建立经典哈密顿动力学，作为大规模模拟复杂多体系统的一种方法，并为研究非平衡现象开辟新的途径，而预热DTC只是其中的一个例子。＂
　　皮兹在这两篇论文上的合著者都是最近在剑桥大学工作的安德烈亚斯·努南坎普博士(Andreas Nunnenkamp)，他现在在奥地利维也纳大学，约翰·克诺尔博士(Johannes Knolle)现在在德国慕尼黑技术大学。
　　与此同时，在美国加州大学伯克利分校(UCBerkeley)，姚的团队也一直在使用经典的方法来研究预热DTCs。值得注意的是，伯克利和剑桥的团队同时解决了同样的问题。姚的团队不久将公布他们的研究结果。