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研究人員觀測到里德堡原子多體遍歷性破缺
時間：2024-03-13 來源：中國科學報
中國科學技術大學郭光燦院士團隊的教授史保森、丁冬生課題組與諾丁漢大學教授李偉斌、華東師范大學副研究員白正陽、英國杜倫大學教授Charles S. Adams合作，在里德堡原子開放體系觀察到了遍歷性破缺現(xiàn)象。相關成果日前發(fā)表于《科學進展》。
物理系統(tǒng)通常由于遍歷性會弛豫到平衡態(tài)，進而可觀測量隨時間不再變化，可觀測量在相空間中會快速尋找新的固定點。但也會有例外情況出現(xiàn)，例如，在可積和多體局域化系統(tǒng)中，破缺的遍歷性可以抑制系統(tǒng)平衡和熱化。研究遍歷性破缺對金融網絡中的市場崩塌和恢復、神經網絡中的大腦癲癇以及復雜系統(tǒng)臨界躍遷的預警等行為具有一定啟示和參考。里德堡原子具有長程相互作用，可作為理想的多體系統(tǒng)研究非遍歷動力學行為。在驅動耗散的里德堡原子系統(tǒng)中，系統(tǒng)會由于里德堡原子的聚集出現(xiàn)非平衡的長時間震蕩相。
丁冬生等人通過雙光子激發(fā)室溫下的里德堡原子，實驗中觀察了強相互作用里德堡原子氣體中的非遍歷多體動力學現(xiàn)象。該現(xiàn)象是由激光相干驅動、里德堡原子相互作用和耗散共同影響。他們通過調節(jié)激光參數，觀察到了非平衡相變，其中出現(xiàn)了遍歷相和弱非遍歷相之間的分岔。遍歷相中的原子分布均勻，而弱非遍歷相中的里德堡態(tài)粒子數顯示出非平凡的振蕩。他們觀察到了持續(xù)毫秒級的長時間多體集體振蕩，這種振蕩遠遠超過了相關耗散的時間尺度。分析表明，這種遍歷性破缺是由于強相互作用的里德堡原子在自由空間中的聚集引起的。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adl5893
