«مایع زمانی» | فیزیکدانان می‌گویند شکل چهارمی از ماده وجود دارد

همشهری آنلاین، فرخنده رفائی: یخ در هنگام ذوب شدن، نظم بلوری خود را از دست می‌دهد، اما مولکول‌های آن همچنان با همسایه‌های نزدیک خود تعامل دارند. گروهی از فیزیکدانان، این واقعیت علمی را به پدیده‌ای عجیب‌تر تعمیم داده‌اند: اگر نظمی که در طول زمان تکرار می‌شود، مانند یک بلور ذوب شود، چه اتفاقی می‌افتد؟ پاسخ احتمالی آنها حالتی از ماده است که در آن نظم زمانی تا حدی باقی می‌ماند، اما هماهنگی بلندمدت از بین می‌رود.

به گزارش ساینس‌آلرت، پژوهشگران مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک سامانه‌های پیچیده در آلمان، مدلی نظری برای حالتی از ماده ارائه کرده‌اند که آن را «مایع زمانی گسسته» نامیده‌اند. این پژوهش هنوز داوری علمی نشده و نتایج آن در پایگاه پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.

ایده این تحقیق به پدیده‌ای به نام «بلور زمانی» مربوط می‌شود. در بلورهای معمولی، ذرات الگویی منظم در فضا تشکیل می‌دهند؛ اما در بلور زمانی، رفتار سامانه در طول زمان با الگویی مشخص تکرار می‌شود. نوعی از این ساختارها که بلور زمانی گسسته نام دارد، می‌تواند با آهنگی متفاوت از محرک خارجی خود نوسان کند؛ برای مثال، با هر دو ضربان محرک، یک چرخه کامل را طی کند.

پژوهشگران به سرپرستی زو وانگ و ماریوس مایکل بررسی کردند که اگر محرک ایجادکننده این نظم، به‌جای ریتمی ثابت، دچار نوسان‌های نامنظم شود، چه اتفاقی می‌افتد. آنها در مدل رایانه‌ای خود، شبکه‌ای دوبعدی از اسپین‌ها را شبیه‌سازی کردند؛ اسپین‌ها را می‌توان مانند پیکان‌های مغناطیسی کوچکی تصور کرد که جهت‌گیری آنها بر رفتار سامانه اثر می‌گذارد. این شبکه با یک محفظه دارای میدان الکترومغناطیسی برهم‌کنش داشت.

نتایج شبیه‌سازی نشان داد که در شرایط مناسب، اسپین‌ها حتی زیر تأثیر نوسان‌های نامنظم نیز می‌توانند با آهنگی منظم، برابر با نصف فرکانس محفظه، تغییر کنند. با این حال، گاهی نظم آنها دچار وقفه می‌شود و سامانه میان دو الگوی تکرارشونده جابه‌جا می‌شود. محققان این اختلال‌ها را «سولیتون‌های زمانی» نامیده‌اند.

در این وضعیت، نظم در بازه‌های زمانی کوتاه حفظ می‌شود، اما هماهنگی کلی سامانه در طول زمان … …