Cristales de tiempo pretérmicos, nueva fase de la materia que se estudia con física básica

 

Investigadores de la Universidad de Cambridge utilizaron modelos informáticos para estudiar posibles nuevas fases de la materia conocidas como cristales de tiempo discreto pretérmicos (DTC). Se pensaba que las propiedades de los DTC pretérmicos dependían de la física cuántica, esas extrañas leyes que gobiernan las partículas a escala subatómica. Sin embargo, los investigadores encontraron que se puede utilizar un enfoque más simple, basado en la física clásica, para comprender estos misteriosos fenómenos.

Comprender estas nuevas fases de la materia es un paso hacia el control de sistemas complejos de muchos cuerpos, un objetivo de larga data con varias aplicaciones potenciales, como las simulaciones de redes cuánticas complejas.

Cuando se descubre algo nuevo, ya sea un planeta, un animal o una enfermedad, es posible aprender más al respecto observándolo cada vez más de cerca. Primero se prueban las teorías más simples y, si no funcionan, se intentan teorías o métodos más complicados.

Esto era lo que se pensaba en el caso de los CDT pretérmicos. Se creía que eran fundamentalmente fenómenos cuánticos, pero no es así. Con un enfoque de física clásica, más simple, los científicos aprendieron sobre ellos.

Los DTC son sistemas físicos muy complejos; aún queda mucho por aprender sobre sus propiedades inusuales. Al igual que la forma en que un cristal espacial estándar rompe la simetría espacio-traslacional porque su estructura no es la misma en todas partes del espacio, los DTC rompen una clara simetría temporal-traslacional porque, por ejemplo, cuando se agita periódicamente, su estructura cambia con cada empujón.

Si imaginamos que un padre empuja a un niño en un columpio, normalmente, el padre empuja al niño y este se balancea hacia atrás mientras el padre lo empuja de nuevo. En física, este es un sistema bastante simple. Pero si hubiera varios columpios en el mismo patio de recreo, y si los niños estuvieran tomándose de las manos entre sí, entonces el sistema se volvería mucho más complejo y podrían surgir comportamientos mucho más interesantes y menos obvios, al segundo o tercer empujón, por ejemplo.

Predichos por primera vez en 2012, los DTC han abierto un nuevo campo de investigación y se han estudiado en varios tipos, incluso en experimentos. Entre estos, los DTC pretérmicos son sistemas relativamente simples de realizar que no se calientan rápidamente como se esperaría normalmente, sino que exhiben un comportamiento cristalino en el tiempo durante mucho tiempo: cuanto más rápido se agitan, más tiempo sobreviven. Sin embargo, se pensó que estos eran resultados de fenómenos cuánticos.

Ahora, los científicos han descubierto que, para el estudio de los DTC pretérmicos, pueden evitar el uso de enfoques cuánticos demasiado complicados y, en su lugar, utilizar métodos clásicos mucho más asequibles. De esta forma, los investigadores pueden simular estos fenómenos de una forma mucho más completa. Así, por ejemplo, ahora pueden simular muchos más componentes elementales, obteniendo acceso a los escenarios que son más relevantes para los experimentos, como en dos y tres dimensiones.

Los resultados han sido expuestos por Andrea Pizzi, candidato a Ph.D. en Cambridge's Cavendish Laboratory, y fueron publicados en dos documentos conjuntos en Physical Review Letters y Physical Review B.