中国科大揭示了里德堡原子多体系统中的电荷宇称对称性破缺现象

　　中国科年夜郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组正在冷里德堡原子气体中观测到多体彼此作用诱导的怪异点与迟滞轨迹，展现了非厄米多体物理中的电荷宇称对称性破缺征象。相干结果4月13日以“Exceptional point and hysteresis trajectories in cold Rydberg atomic gases”为题颁发正在国际出名学术期刊《Nature Co妹妹unications》上。

　　电荷宇称对称性是粒子物理学中一种重要的离散对称性。当某些物理历程正在电荷宇称变换下表示错误称时，即称为电荷宇称对称性破缺，好比：中性K介子（K⁰）衰变以及B介子衰变等。研究电荷宇称对称性破缺无利于懂得天然界中的物资-反物资错误称性机制，和发明超出尺度模子所预测电荷宇称破缺源。里德堡原子依附其伟大的电偶极矩以及优秀的量子相关特征，为摹拟以及研究对称性破缺征象供给了抱负的量子多系统统平台。值患上注重的是，里德堡原子间的长程彼此作用可以诱导分外的量子耗散通道，这使患上正在试验上构建可控的多体非厄米量子体系成为可能，为研究怪异点及其相干非均衡能源学举动斥地了新路子。丁冬生等人正在冷里德堡原子体系中哄骗多体彼此作用构建了非厄米模子，发明了电荷宇称对称性破缺征象，察看了非厄米性招致的迟滞轨迹，如图1所示：

　　图1 ：物理模子图。（a）为双光子引发能级示用意。（b）为试验安装示用意，里德堡原子间彼此作用会惹起分外的耗散从而惹起非厄米效应。（c）为经由过程正向以及反向扫描探测光光强，体系的透射旌旗灯号浮现出较着的迟滞轨迹，进一步展现了非厄米能源学特征。

　　研究职员经由过程试验丈量没有同探测光强下的原子相应，胜利察看到里德堡原子间多体彼此作用诱导的二阶怪异点，如图2所示。实践阐发标明，体系的哈密顿量具备电荷宇称对称性，且该对称性正在怪异点处产生破缺。此外，实践阐发展现了体系中三阶怪异点的存正在，这些高阶怪异点正在紧密丈量范畴揭示出重要的使用远景。正在如许的体系中，里德堡原子的状况不只遭到内部输出的影响，并且还受它们之前的状况所限定。是以，正在激光功率没有同的扫描标的目的上，体系的能源学演变彻底没有同，从而发生了迟滞回线。该事情还研究了没有同原子密度环境下扫描时间对迟滞效应的影响，展现了没有同时间标准下的非厄米相应特征，如图3所示。

　　图2：试验丈量的相图。（a）为原子相应谱随探测光强度的变迁瓜葛，透射峰的破裂标明体系履历了怪异点；白色点标明透射峰的偏移。（b）–（e）为没有同探测光强下测患上的原子相应谱，揭示了怪异点相近的光谱特性。

　　图3：迟滞能源学。（a）为没有同原子密度环境下迟滞环的面积与扫描时间的瓜葛。（b）–（e）为没有同试验前提下的迟滞轨迹。

　　该事情架起了非厄米多体量子物理与粒子物理电荷宇称问题之间的桥梁，为懂得宇宙物资发源、尺度模子的局限性和摸索新物理供给了新的思绪。该事情获得了审稿人的高度评估：该稿件尤为清楚地揭示了如下重要性：(i) 他们构建了一个高度可控的里德堡原籽实验体系，并经由过程彼此作用完成了怪异点的调控；(ii) 该体系中高阶怪异点的存正在无理论上获得了证明。（“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.”)

　　中国科年夜博士研究生张俊以及王雅君，和博士后李恩惠膏泽为本文的配合第一作者，丁冬生传授为本文的自力通信作者。该结果获得了科技部、基金委、中国迷信院、安徽省重年夜科技专项和中国迷信技能年夜学的赞助。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58850-y