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    四川大学物理学院特聘研究员潘建松在规范场量子模拟领域取得重要进展

    发布时间:2024.09.23

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    在现代物理学中,规范场理论为理解诸如基本粒子相互作用、强关联物态等能量尺度大相径庭的物理现象,提供了普适视角。而在冷原子、光子和超导量子比特等量子模拟器上实现人工规范场,可以更好地理解规范场的相关物理效应,甚或构造探索新式规范场。浙江大学、中国科学技术大学与四川大学联合团队在超冷原子量子模拟平台中,实现了高度可调的人工SU(2)规范场,并对规范场作用下的动力学效应进行了观测和分析。相关研究论文以题为《Chiral dynamics of ultracold atoms under a tunable SU(2) synthetic gauge field》于9月20日在线发表于《Nature Physics》杂志。

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    图1 实验方案

    对阿贝尔规范场来说,带电粒子沿闭合回路运动时会积累一个几何相位;而当粒子处于一个SU(2)规范场时,情况变得不同。 研究发现,原子沿顺时针或逆时针路径运动一圈后,其自旋态会发生翻转,且最终原子的末态取决于路径方向和初态。进一步,研究人员将玻色-爱因斯坦凝聚体制备在梯子晶格两条边的叠加态,可以观察到粒子在模型的两条链上的定向传播。而通过调节SU(2)规范场的参数,可以观察到更为复杂的手性动力学行为。系统总的手性由两套叠加的通量梯子相互竞争的结果决定,当合成SU(2)规范场的参数改变时,占主导的模式也随之变化。

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    图2 手性动力学

    Nature Physics在同期配发了这项研究的要点,编辑部评论说:“近年来,构建合成规范场是量子模拟领域最令人兴奋的发展之一。此项研究标志着我们对非阿贝尔势影响的更深入理解:超越了几何和拓扑的影响,探索了复杂的手性动力学,并为未来研究规范场与强关联多体物理的相互作用奠定了基础。”

    本文共同第一作者是浙江大学博士生梁茜、董兆立和四川大学潘建松研究员。浙江大学颜波研究员和杨兆举研究员,中国科学技术大学易为教授为论文共同通讯作者。该项研究受到科技部重点研发计划,国家自然科学基金,浙江省自然科学基金,中央高校基础研究基金和四川大学科学专项计划等基金支持。

    论文链接:https://www.nature.com/articles/s41567-024-02644-4