中國金宝搏入口188揭示了里德堡原子多體系統中的電荷宇稱對稱性破缺現象
中國金宝搏入口188郭(guo)光(guang)燦院士團隊史(shi)保(bao)森、丁冬生課(ke)題(ti)組在(zai)冷(leng)里德堡(bao)原子(zi)氣體(ti)中觀測到多(duo)體(ti)相(xiang)互作(zuo)用誘導(dao)的奇異(yi)點與遲滯(zhi)軌跡，揭(jie)示(shi)了(le)非厄米多(duo)體(ti)物理中的電荷(he)宇稱對稱性破(po)缺現象(xiang)。相(xiang)關成果(guo)4月13日以“Exceptional point and hysteresis trajectories in cold Rydberg atomic gases”為(wei)題(ti)發表在(zai)國際知名學術期刊Nature Communications上。
電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性是粒子物(wu)(wu)理學(xue)中(zhong)一種重(zhong)要的(de)(de)離散對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性。當(dang)某些物(wu)(wu)理過程(cheng)在電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)變換下表現(xian)不對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)時，即稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性破(po)(po)缺(que)，比如(ru)：中(zhong)性K介子（K?）衰變和B介子衰變等。研究(jiu)(jiu)電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性破(po)(po)缺(que)有利于理解自(zi)然(ran)界中(zhong)的(de)(de)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)-反物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)不對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性機制，以(yi)及(ji)發(fa)現(xian)超越標準模型(xing)所預測電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)破(po)(po)缺(que)源。里德(de)堡(bao)原子憑(ping)借其(qi)巨大的(de)(de)電偶極矩(ju)和優異(yi)的(de)(de)量(liang)(liang)子相(xiang)干特性，為(wei)模擬和研究(jiu)(jiu)對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性破(po)(po)缺(que)現(xian)象提供了(le)理想的(de)(de)量(liang)(liang)子多體(ti)系統(tong)(tong)平臺。值(zhi)得注意的(de)(de)是，里德(de)堡(bao)原子間(jian)的(de)(de)長程(cheng)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)可(ke)以(yi)誘導額外的(de)(de)量(liang)(liang)子耗散通道(dao)，這(zhe)使得在實驗上構(gou)建可(ke)控的(de)(de)多體(ti)非厄(e)米量(liang)(liang)子系統(tong)(tong)成為(wei)可(ke)能，為(wei)研究(jiu)(jiu)奇異(yi)點(dian)及(ji)其(qi)相(xiang)關非平衡動力學(xue)行為(wei)開(kai)辟(pi)了(le)新途徑(jing)。丁冬生等人在冷里德(de)堡(bao)原子系統(tong)(tong)中(zhong)利用(yong)多體(ti)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)構(gou)建了(le)非厄(e)米模型(xing)，發(fa)現(xian)了(le)電荷(he)宇(yu)(yu)稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)對稱(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)性破(po)(po)缺(que)現(xian)象，觀(guan)察了(le)非厄(e)米性導致的(de)(de)遲滯軌跡(ji)，如(ru)圖1所示：
圖(tu) 1 ：物理模型圖(tu)。（a）為雙(shuang)光(guang)子(zi)激發能級示意圖(tu)。（b）為實驗裝置示意圖(tu)，里(li)德堡(bao)原子(zi)間相互(hu)作(zuo)用會引(yin)起額(e)外的耗散從而引(yin)起非厄米(mi)效應。（c）為通(tong)過正向和反向掃描探測光(guang)光(guang)強，系統的透射信號(hao)呈現(xian)出(chu)明顯的遲滯軌跡，進一步揭示了非厄米(mi)動力學特(te)性。
研究人員通過實(shi)驗測量不(bu)同(tong)探測光強下的(de)(de)(de)原(yuan)子響應(ying)，成功觀(guan)察到(dao)里德堡原(yuan)子間多體(ti)相互作用誘導的(de)(de)(de)二階(jie)(jie)奇異點，如(ru)圖(tu)2所(suo)示(shi)。理論(lun)分(fen)析表明，系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)哈密頓(dun)量具有電荷宇稱對(dui)稱性，且該對(dui)稱性在奇異點處發(fa)生破(po)缺。此外，理論(lun)分(fen)析揭(jie)示(shi)了(le)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)三階(jie)(jie)奇異點的(de)(de)(de)存在，這(zhe)些高(gao)階(jie)(jie)奇異點在精密測量領域(yu)展現出重要的(de)(de)(de)應(ying)用前景。在這(zhe)樣的(de)(de)(de)系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)，里德堡原(yuan)子的(de)(de)(de)狀態(tai)不(bu)僅受(shou)到(dao)外部輸入的(de)(de)(de)影響，而且還受(shou)它們以前的(de)(de)(de)狀態(tai)所(suo)限制。因此，在激光功率不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)掃描(miao)方向上，系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)力學演(yan)化(hua)完(wan)全不(bu)同(tong)，從而產(chan)生了(le)遲滯(zhi)(zhi)回線。該工作還研究了(le)不(bu)同(tong)原(yuan)子密度情況下掃描(miao)時(shi)間對(dui)遲滯(zhi)(zhi)效應(ying)的(de)(de)(de)影響，揭(jie)示(shi)了(le)不(bu)同(tong)時(shi)間尺度下的(de)(de)(de)非厄(e)米響應(ying)特性，如(ru)圖(tu)3所(suo)示(shi)。
圖(tu)2：實驗(yan)測量(liang)的相圖(tu)。（a）為原子響應(ying)譜(pu)(pu)隨探測光(guang)(guang)強(qiang)度的變化關系，透射峰的分裂表(biao)(biao)明系統經歷了奇(qi)異(yi)(yi)點(dian)；紅色點(dian)表(biao)(biao)明透射峰的偏(pian)移。（b）–（e）為不(bu)同探測光(guang)(guang)強(qiang)下測得的原子響應(ying)譜(pu)(pu)，展(zhan)現(xian)了奇(qi)異(yi)(yi)點(dian)附近的光(guang)(guang)譜(pu)(pu)特征。
圖3：遲滯動力學。（a）為不(bu)同原子(zi)密度情況下(xia)(xia)遲滯環的(de)面(mian)積與掃描時間的(de)關(guan)系。（b）–（e）為不(bu)同實驗條件(jian)下(xia)(xia)的(de)遲滯軌(gui)跡。
該(gai)工作架起了非(fei)厄米多體(ti)量子(zi)物(wu)理(li)(li)與粒(li)子(zi)物(wu)理(li)(li)電荷宇(yu)稱(cheng)問題之(zhi)間的(de)橋梁(liang)，為理(li)(li)解宇(yu)宙物(wu)質起源、標準模(mo)型(xing)的(de)局限性以(yi)及(ji)探索(suo)新(xin)物(wu)理(li)(li)提供(gong)了新(xin)的(de)思路(lu)。該(gai)工作得(de)到了審稿(gao)(gao)人(ren)的(de)高(gao)度評價：該(gai)稿(gao)(gao)件尤其清晰地展(zhan)現了以(yi)下重要性：(i) 他們構建了一個高(gao)度可控的(de)里(li)德堡原子(zi)實驗(yan)系(xi)統(tong)，并通過(guo)相互作用實現了奇(qi)異點的(de)調控；(ii) 該(gai)系(xi)統(tong)中高(gao)階(jie)奇(qi)異點的(de)存在在理(li)(li)論(lun)上得(de)到了證實。（“In particular,themanuscript clearly presents the significance: (i) they implemented a set up of Rydberg atoms which is highly controllable and host exceptional points with interactions (ii) The emergence of higher-order exceptional points is theoretically confirmed in this system.”)
中(zhong)國金宝搏入口188博士研究(jiu)生張俊和王雅君(jun)，以及博士后李恩澤(ze)為(wei)本文的共同(tong)第一作者(zhe)，丁冬生教授為(wei)本文的獨立通訊作者(zhe)。該成果得到了科(ke)技部、基金(jin)委(wei)、中(zhong)國科(ke)學(xue)院、安徽省(sheng)重大(da)科(ke)技專項以及188bet足球的資助(zhu)。
文章鏈接：//www.nature.com/articles/s41467-025-58850-y
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