中国科大在量子模拟实验中观测到“弦断裂”现象

　　中国迷信技能年夜学潘建伟、苑震生等初次应用超冷原子光晶格体系完成了对格点规范实践中“弦断裂”（String Breaking）征象的量子摹拟，为懂得强彼此作用系统中的禁闭举动与相变机制供给了重要的试验依据。研究结果以“编纂保举”（Editors' Suggestion）情势颁发于国际学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并被美国物理学会《物理》（Physics）杂志以“Ultracold Atoms Simulate Breaking Flux Strings”为题作为研究走光专门报导。

　　规范实践是古代物理学的焦点框架，不只是形容基本粒子彼此作用的根蒂根基，也普遍使用于懂得凝聚态物理中的各种强联系关系多体征象。正在高度可控的冷原子量子摹拟平台上完成对规范实践的摹拟，不只能基于第一性道理研究其能源学历程，还能摸索粒子对撞机难于到达的试验参数区域中的物理征象。是以，量子摹拟器无望为高能物理问题供给新见解，并成为研究凝聚态拓扑相以及低能多体物理机制的无力东西。

　　最近几年来，研究团队开发了超冷原子量子摹拟器，并对格点规范实践开展了体系的试验研究，取患了一系列冲破性进展。2020年，该团队胜利摹拟了施温格模子，并试验观测到结局域规范没有变性，验证了电能源学中的高斯定律[Nature 587, 392 (2020)]；2022年，该团队进一步研究了规范实践中的热化能源学[Science 377, 311 (2022)]；比来，该团队还对量子热化以及量子相变之间的联系关系[Phys. Rev. Lett. 131, 050401 (2023)]，禁闭-解禁闭相变问题[Nat. Phys. 21, 155 (2025)]等举行了一系列摸索。

　　正在上述事情的根蒂根基上，该团队针对格点规范实践中的弦断裂机制举行了深切研究。正在量子色能源学中，两个运动色荷之间的彼此作用势跟着间隔的增长呈线性增加，这一特征使患上单个夸克无奈伶仃存正在。然而，当色荷间距凌驾某个临界值时，体系的能量脚以天生一对夸克-反夸克对，进而招致弦的断裂。作为量子场论中的非微扰征象，弦态与双介子态之间的庞大彼此作用使患上对弦断裂历程的研究极具应战性。一方面，传统数值计较要领难以准确求解这一历程；另外一方面，粒子碰撞试验中也难以对其举行间接观测。基于后期对格点施温格模子中禁闭能源学的研究，该团队搭建了可编程光学超晶格量子摹拟平台，将格点施温格模子映照至光晶格超冷原子的玻色-哈伯德模子，经由过程准确节制原子之间的彼此作用，完成了对体系初态的可节制备以及多参数演变。经由过程调治体系演变参数（“费米子品质”与“弦张力”），系统从“弦态”演变至造成粒子对并产生弦断裂的“断裂弦态”，从而完备演示了弦断裂物理历程。更进一步，研究团队经由过程定量节制体系中费米子品质、弦张力以及弦长度之间的瓜葛，提掏出了弦断裂产生时的能量共振前提，展现了弦断裂征象的发生机制。

　　图注：(a)弦断裂征象示用意；(b)弦断裂历程中体系能量跟着弦张力以及电荷间距的变迁瓜葛；(c)量子链接模子以及玻色-哈伯德模子中，弦态①以及断裂弦态②的构型。

　　本事情展示了光晶格量子摹拟器正在展现规范实践宏观机制方面的后劲，为将试验研究拓展至更高维度以及更高对称性的规范模子并深切摸索伪真空衰变、非阿贝尔规范实践及拓扑量子相变等要害物理问题奠基了根蒂根基。

　　中国迷信技能年夜学博士刘颖、博士后章维勇为论文的配合第一作者。该研究得到国度天然迷信基金委、科技部以及安徽省的撑持。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/mwy1-v9hk

　　《物理》报导链接：https://physics.aps.org/articles/v18/s106