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PTiggoL导读-二零一八年121卷08期

中国科学技术大学教授潘建伟及同事陈帅、邓友金等与北京大学刘雄军、维也纳工业大学、卡尔加里大学的合作者们,在超冷原子拓扑量子体系的实验研究方面取得新进展。他们用量子淬火动力学方法在人工合成的二维自旋轨道耦合超冷原子体系中得到了直接判断体系拓扑的动力学判据,并据此精确测定了体系的拓扑相图。相关研究成果于12月18日在线发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。该成果开创了用非平衡态动力学来研究拓扑量子体系的新方法。

原标题:PRL导读-2018年121卷08期

自旋轨道耦合是量子物理学中基本的物理效应,它在拓扑绝缘体、拓扑超导、Majorana费米子等多种拓扑量子物态中扮演了核心角色。由于拓扑的非局域特性,在拓扑相和拓扑态的判断上通常难以找到一个局域的可观测量。近年来,科学家们在超冷原子体系中发展了一系列拓扑探测手段,例如干涉法测量Berry相位、用热原子填充测量能带对称点的自旋分布等,但均未提供拓扑量子态简单直接的判据,并且很多方法受限于温度效应和测量过程中的加热影响,使得精确测量体系拓扑仍然困难重重。

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研究小组对2016年实现的二维自旋轨道耦合进行了改进,提出优化的理论方案[Phys. Rev. A 97, 011605],同时在实验上构造出高度可控、对称与长寿命的二维自旋轨道耦合玻色气体[Phys. Rev. Lett. 121,150401]。在此基础上,研究小组利用非平衡态动力学方法在实验上首次直接精确测量了能带拓扑。他们利用量子淬火机制,使体系处于非平衡态,并在二维自旋轨道耦合哈密顿量下进行幺正动力学演化。在演化过程中,他们观察到自旋极化在二维准动量空间上产生了圈状结构,此结构被证实是近期理论提出的拓扑能带反转面的直接证据[Science Bull. 63, 1385 ],进而可以直接判断能带的拓扑性质并得到拓扑陈数。不仅如此,通过实验调节拓扑能带参数,自旋极化的圈状结构的尺寸也随之变化,由此可以精确标定出拓扑非平庸区域的边界,测定体系的拓扑相图。相对于一般的平衡态方法,非平衡态动力学方法对原子温度以及高能带的影响不敏感,具有很强的普适性,也可以推广到高维的多种拓扑体系中来简单直接精确地测量体系拓扑。

该工作首次在实验上验证了非平衡态动力学方法在探测体系拓扑方面所具有的优越性,为拓扑量子体系的研究提供了新思路。该研究工作得到科技部、国家自然科学基金委、中科院、教育部和中科院-阿里巴巴量子计算实验室等支持。

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我们本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨,根据PRL摘要对本期所有的快报文章进行中文导读。由于水平有限,不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能,欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方,共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后,会显示在文章下方,供后来浏览者参考。

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普通物理:统计与量子物理

图1:二维准动量空间上的自旋极化随时间的演化以及自旋极化呈现的圈状

导读:王子;责编:任捷

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受驱中心自旋模型中

图2:实验上对拓扑相图中拓扑边界的精确测定

Floquet共振导致的自旋极化

绝热改变周期驱动的多体量子系统的驱动频率,可以引入时间平均哈密顿量的共振本征态之间的受控跃迁。这对应了Floquet谱的绝热跃迁,为量子多体控制提供了一般性工具。本文将中心自旋模型作为一个应用,说明了上述受控驱动过程如何在共振条件下导致了中心自旋和退相干环境之间基于极化的退耦合。尽管一般不可能得到受驱相互作用系统的精确Floquet哈密顿量,作者利用了中心自旋模型的可积性,说明了来自量子淬火问题的技术如何可以被用来在受限多体基矢和模型Floquet共振中直接构造Floquet哈密顿量。

Spin Polarization through Floquet Resonances in a Driven Central Spin Model

Pieter W. Claeys, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080401 (2018)

用单电子自旋量子传感器对电子间

自旋依赖的奇异相互作用施加限制

通过金刚石单个NV色心,作者在微米尺度下建立了轴矢量调制的电子自旋之间的相互作用的新实验值边界。在激光的泵浦下,对三联苯掺杂的并五苯-d14单晶提供了极化电子自旋的源。通过对NV色心极化信号的测量,作者给出了10到900微米范围内对奇异电子耦合大小的限制。特别的,得到的500微米耦合的上界比之前一个实验所给出的,严格了一个数量级。本文的结果证明,NV色心可以作为有前景的平台,帮助人们探寻超出标准模型的理论所预言的新粒子。

Constraints on a Spin-Dependent Exotic Interaction between Electrons with Single Electron Spin Quantum Sensors

Xing Rong, Man Jiao, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080402 (2018)

利用由高红移类星体构成的

随机测量装置的宇宙Bell实验

[编辑推荐语]两个组已经在宇宙尺度上排除了局域实在论,其中一个组使用恒星,去除了观测漏洞,另一个组使用了遥远的类星体。

本文给出关于极化纠缠光子的宇宙Bell实验。其中,测量装置在实时间测量了来自高红移类星体的,已经传播了几十亿年的光子的波长。该实验同时保证了局域性。假设所有被探测光子公平取样,并且类星体光子波长没有在发射和探测之间被选择性地改变或者预先查看,作者观测到统计上明显违背Bell不等式的有9.3个标准偏差,这对应着估算出的p值≲7.4 × 10−21。这项实验将最近一次可能观察到局域实在性利用“自由选择”漏洞导致Bell不等式违背的时间倒推到了至少78亿年之前。也就是说,该实验从实验中过去光锥(从宇宙大爆炸到现在)的96%的时空体积中排除了上述事件。

Cosmic Bell Test Using Random Measurement Settings from High-Redshift Quasars

Dominik Rauch, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080403 (2018)

不含探测和局域漏洞的

对过去局域实在论的检验

[编辑推荐语]两个组已经在宇宙尺度上排除了局域实在论,其中一个组使用恒星,去除了观测漏洞,另一个组使用了遥远的类星体。

受启发于最近实验上测试局域实在论的出色进展,本文报道了一个实现相距183m的效率大于78%的纠缠光子对试验。进一步利用处在天空中相对位置的恒星所发出的宇宙光子的随机性,本文不仅同时去除了局域性和探测漏洞,也测试了对发生在11年前事件局域隐变量机制的零假设(比先前的实验多了13个数量级)。在考虑了测量装置内存在的偏差之后,作者得到了p值的一个上界为7.87 × 10−4,这明显以高可靠性排除了可能的局域隐变量模型。人们可以使用大口径望远镜,利用类星体发出光子的随机性,对局域隐变量机理的时间限制进一步往宇宙历史中推进。

Test of Local Realism into the Past without Detection and Locality Loopholes

Ming-Han Li, Cheng Wu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080404 (2018)

受囚禁一维玻色气体中两杂质的合并

本文研究了含有两个可移动杂质粒子的一维囚禁玻色气体的基态。为了研究该体系,作者发展了一种变分过程,其中,杂质粒子的坐标作为慢变量。作者利用小系统中获得的精确结果,证实了上述方法的可靠性。接着,作者讨论了由约百个原子组成系统中的能量和对密度。作者证明非相互作用玻色杂质会聚团。为了解释聚团现象,作者计算并且讨论了简谐势阱中杂质-杂质之间的势场。另外,作者计算了环中静止杂质之间的力(以Casimir力的形式),并且对比了两种等效势场的差异:一个通过平均场近似得到,另一个来源于单声子交换。本文中的研究方式和发现对于超出极化子模型来理解具有多杂质的现代一维冷原子系统具有重要作用。

Coalescence of Two Impurities in a Trapped One-dimensional Bose Gas

A. S. Dehkharghani, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080405 (2018)

量子多体系统中对测量的基本限制

动力学测量方案在量子多体系统中是一个重要的工具,尤其是对量子模拟的时代来说。文中,作者解决了以下问题:如果已有一组特定实验可实现的测量方法并且可以将它在时间演化中扩展,那么一般性的测量是否可以被有效实施?对于含有时间演化的问题,文中考虑了两种情形:(a)依据酉回路的演化和(b)由可含时控制的哈密顿量产生的演化。作者发现,为了达到提前设定的精度,特定测量所需的时间一般随系统尺寸以指数增长——这是一个基本的限制。对以上结论的论证依据:在具有相同谱的可观测量流形上构造“ε-填充”并且将它们的基数和量子回路中“ε覆盖”以及酉时间演化算符的基数相比较。前者与Grassman流形的研究相关。

Fundamental Limitations for Measurements in Quantum Many-Body Systems

Thomas Barthel and Jianfeng Lu

Phys. Rev. Lett. 121, 080406(2018)

不可逆动力学映射的量子马尔科夫性的

可分性和信息流的概念

作者分析了任意(不一定可逆)动力学映射中完全正(CP)可分性和无信息回流之间的关系。众所周知的是:CP可分性总表明无信息回流。另外,这两个概念在可逆映射中完全等价。文中证明,在不可逆映射中无信息回流总表明完全正传播子的存在,而该传播子不一定是保持迹(trace)不变的。有趣的是,对于很大一类保持像(image)非增的动力学映射,传播子是保持迹不变的,因而无信息回流表明了CP可分性。这个新的结果进一步揭示了产生CP可分演化的时间局域产生子的结构。作者证明,若映射是不可逆的,耗散/退相干的正定性对于CP可分性来说不再是必要条件。

Divisibility and Information Flow Notions of Quantum Markovianity for Noninvertible Dynamical Maps

Dariusz Chruściński, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080407 (2018)

实验中异色多光子的时间分辨干涉

借助线性光学网络实现的多光子干涉给量子力学基础,量子计量学以及量子计算等领域带来了意义深远的应用。特别的,即便对于最强大的经典计算机,仅具有一般数目光子的玻色采样实验就已难以处理。将小尺度实验按比例扩大需要高度不可区分的单光子,而这在很多物理系统中都可能无法实现。本文作者报道了一个时间分辨的多光子干涉实验,其中光子来自三个原子系综的量子存储器,并且在频率谱上不相互重叠。时间分辨的测量使人们可以观测非经典多光子关联绘景(correlation landscape),其结果和理论计算符合得很好。关联绘景中的对称性可以反映光学网络的对称性。文中的实验可以进一步被扩展,来实现对多光子和多模式系统的玻色采样,提供了通向非全同光子的量子霸权的道路。

Experimental Time-Resolved Interference with Multiple Photons of Different Colors

Xu-Jie Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080501 (2018)

二项式自旋玻璃

为了给关于离散和连续耦合分布的研究一个统一的框架,作者引入了二项式自旋玻璃的概念。这类模型中,耦合强度是m个同分布的Bernoulli随机变量之和。在m→∞的连续极限下,该模型退化到高斯耦合的情形,而m=1对应着±J自旋玻璃。作者说明了,对于d维超立方晶格上的短程Ising模型,N个自旋的基态熵密度具有上界(√d/2m+1/N)ln2,并且实际上熵的标度行为和上界的标度行为一致。作者因而揭示了热力学极限和连续耦合极限的不可交换性——取极限的方式决定了是否有简并。对缺陷能量的准确计算给出了一个转变特征尺度L*(m)~Lκ,在该长度以下二项式自旋玻璃和高斯系统不可区分。因为κ=-1/(2θ),(θ是自旋刚度指数),对有限温度的自旋玻璃态系统,离散性耦合在大尺度下变得无关紧要。

Binomial Spin Glass

Mohammad-Sadegh Vaezi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080601 (2018)

热-功转化的热力学限制

在由散射理论描述的系统中,存在有一个低于卡诺效率的上界,它限制了在给定输出功率的稳恒态下,热到功转化的效率。作者证明了,相互作用系统可以突破上述限制并且在热力学极限下饱和,以至于倾向线性响应极限。这个结论来源于:相互作用系统在热力学极限下,不用delta函数形式的能量过滤,就具有可以达到卡诺效率的可能性,因而不用大幅减小功率就可以实现高效率。

Thermodynamic Bound on Heat-to-Power Conversion

Rongxiang Luo, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080602 (2018)

引力与天体物理

导读:郭敏勇;责编:高思杰

利用Gaia约束薄暗物质盘

如果暗物质的组成部分带有耗散的相互作用,在银河系中它可能会坍缩形成一个与重子盘共面的薄暗盘。有人提出暗盘可以解释包括周期性的彗星撞击等各种可观察现象。使用Gaia空间天文台发布的第一批数据,作者通过研究对恒星运动学的影响,在银河系中寻找暗盘。他们给出的新的限制不支持暗盘的存在,并且,他们还展示了对太阳邻域总物质密度的新的测量。

Constraining a Thin Dark Matter Disk with Gaia

Katelin Schutz, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 081101 (2018)

对早期宇宙中keV-TeV暗物质

与质子散射的约束

本文作者提出了对早期宇宙中带有质子的暗物质散射的第一个宇宙学约束,适用于质量范围为1 keV到1 TeV之间的所有暗物质。这个约束来自于对宇宙微波背景(CMB)温度、偏振各向异性以及CMB透镜各向异性的普朗克测量。它将以前的CMB约束提高了许多个数量级,可以获得极限,填补了低质量暗物质候选者的观测空白。他们专注于两个正则相互作用绘景:自旋无关和速度不依赖的自旋相关散射。他们的结果(95%的置信度)对质量1keV-1Tev的暗物质,排除了一些与自旋无关的情况。最后,他们讨论了这项研究对暗物质物理学和未来观测的意义。

Constraints on Scattering of keV–TeV Dark Matter with Protons in the Early Universe

Vera Gluscevic and K. Boddy

Phys. Rev. Lett. 121, 081301 (2018)

无边界态的阻尼扰动

本文作者在具有两个尺度因子的Bianchi IX型微型超空间中精确地计算了无边界路径积分。在该模型中,无边界的方案可以通过要求一个尺度因子初始为0,以及对第二个尺度因子的共轭动量选择一个巧妙的规范条件一起来实现。考虑到扰动的非线性反作用,他们重复出了原始半经典无边界方案的预测。特别地,他们发现大的扰动会受到强烈的阻尼,与真空态波函数一致。

Damped Perturbations in the No-Boundary State

J. Diaz Dorronsoro, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 081302(2018)

圈量子宇宙带来的

量子宇宙学德西特时代

文章在圈量子宇宙学的框架下重新审视了大爆炸的量子本质。哈密顿量正则化的严格应用,最初是为了圈量子引力中的哈密顿量而发展来的,导致了对反弹范式的定性修正。量子引力效应依旧会将量子反弹与确定性的经典宇宙连接起来。然而,演化的结果发现是德西特宇宙纪元的到来,并且伴随着一个普朗克量级的新兴的宇宙学常数,从而平稳地过渡为空间平坦的膨胀宇宙。

Emergent de Sitter Epoch of the Quantum Cosmos from Loop Quantum Cosmology

Mehdi Assanioussi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 081303(2018)

高阈值区域的关联函数及其在原初黑洞

初始小尺度聚类的应用

LIGO首次直接观测到双黑洞的合并之后,原初黑洞(PBHs)再次成为人们关注的焦点。人们对PBH在形成时聚集程度的性质还缺少了解。这个性质对早期宇宙时原初黑洞合并的有效性以及观测约束有重要意义。在这项工作中,作者研究了早期宇宙中大密度涨落引力坍塌形成的PBH的初始聚类。他们给出了一个简单而一般的论证,表明在这种情况下,不应出现在非常小的尺度上,超出随机泊松分布的聚类。他们在假设潜在密度场是高斯分布的情况下,明确地解释了这个结果。此外,他们得到一个新的解析表达式,用于计算高阈值波动的两点关联函数,将以前的结果推广到任意间隔,而且比PBH聚类具有更多的意义。

Correlation Function of High-Threshold Regions and Application to the Initial Small-Scale Clustering of Primordial Black Holes

Yacine Ali-Haïmoud

Phys. Rev. Lett. 121, 081304(2018)

对于有无非重子冷暗物质宇宙学高红移

21厘米吸收信号的平均深度的预测

本文作者对有和没有非重子冷暗物质的两种宇宙学模型,其高红移时21厘米吸收信号的预期做了分析。由于暗物质的存在,早期宇宙的膨胀速度降低很快,如果没有暗物质的话,速度趋势大致是滑行。当吸收达到预期时,这导致整个时期中具有不同的路径长度,结果是,在没有暗物质的情况下,预期吸收前面应该有一个大于2的因子。对这种信号的观测可能会促使人们拓展引力理论以代替暗物质模型。

Predictions for the Sky-Averaged Depth of the 21 cm Absorption Signal at High Redshift in Cosmologies with and without Nonbaryonic Cold Dark Matter

Stacy S. Mc Gaugh

Phys. Rev. Lett. 121, 081305(2018)

暴胀时期声速共振的原初黑洞

文章报道了由具有振荡行为的声速参数引起的原初密度扰动,带来的共振效应的新现象,其可以一般地导致在早期宇宙中形成原初黑洞。对于一般的暴胀场,它能引起原初密度涨落,并且其传播由声速的平方这个参数控制。一旦这个参数在暴胀期间表现出震荡行为,在临界长度尺寸附近,暴胀场涨落会发生明显的共振效应,这导致原初功率谱中出现明显峰值。凭借这种强大的机制,对于很大参数范围内的暗物质来说,会有足够的丰度可以产生带有特定质量函数的原初黑洞。

Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance during Inflation

Yi-Fu Cai, Xi Tong and et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 081306(2018)

使用DarkSide-50实验寻找低质量暗物质

本文作者展示了他们使用6786.0kg d曝光的低放射性氩做靶,对质量低于20GeV/c2的弱相互作用的暗物质寻找的结果。数据来自于Laboratori Nazionalidel Gran Sasso的DarkSide-50设备。分析基于电离信号,对于这种信号,在0.1 keVee下,DarkSide-50时间投射电离室完全可以有效工作。在0.5keVee下,检测器中观察到的速率约为1.5 event/keVee/kg/d,几乎完全可以由已知的背景源来解释。对于自旋无关的弱相互作用带质量的暗物质的横截面,在核子上,他们在1.8GeV/c2以上,得到了一个90% C.L. 的排除极限,并且,在1.8-6GeV/c2的范围内,将暗物质的排除区域扩展到以往的限制以下。

Low-Mass Dark Matter Search with the Dark Side-50 Experiment

Dark Side Collaboration

Phys. Rev. Lett. 121, 081307(2018)

基本粒子与场论

责编:晁伟、刘晓辉

无质量平面理论中

散射振幅的全部圈极点

在无质量量子场论中,朗道方程在类似于电路理论中的图操作下是不变的。利用关于平面电路的Y-Δ可还原性的定理,作者证明了在任何无质量平面理论中,在任何有限圈级别,n粒子散射振幅的第一类朗道奇点的集合是特定n-粒子⌊(n−2)2/4⌋“ziggurat”圈图的子集。作者确定了n=6的奇点轨迹,并发现它对应于超对称理论里六边形自举中符号字母的消失。作者深入讨论了其在超对称理论中的进一步含义。

All-Loop Singularities of Scattering Amplitudes in Massless Planar Theories

Igor Prlina, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 081601(2018)

利用13TeV的ATLAS探测器

搜索低质量Dijet共振态

大型强子对撞机上的ATLAS探测器对亚TeV质量的dijet共振态的探索可以被适用于单举单-jet触发的带宽在统计上做出限制,其低横动量的数据采集率远远低于标准模型中的多jet产生。该文章讨论了dijet的最新搜索结果,其通过仅仅记录喷射触发算法给出的事件信息来克服该限制,从而允许更高的事例率并减少存储需求。此次搜索针对400-1800 GeV范围内的低质量dijet共振态。分析的数据亮度为29.3 fb-1,质心能为13 TeV。没有发现超出事例,限制是根据新粒子模型和与标准模型夸克有轴矢量耦合的暗物质模型的对dijet质量分布的高斯型的贡献而做出的。

Search for Low-Mass Dijet Resonances Using Trigger-Level Jets with the ATLAS Detector in pp Collisions at √s=13TeV

M. Aaboud et al. (ATLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 081801 (2018)

观察到半轻衰变D0→a0(980)−e+νe

和D+→a0(980)0e+νe的证据

利用BEPCII实验的BESIII探测器收集的质心能为3.773GeV、积分亮度为2.93 fb-1的数据,本文报道了观测到衰变道D0→a0(980)−e+νe, 和衰变道D+→a0(980)0e+νe的证据,其置信度分别为6.4σ 和2.9σ。衰变绝对分支比为:B(D0→a0(980)−e+νe)×B(a0(980)−→ηπ−)=[1.33+0.33−0.29(stat)±0.09 (syst)]×10-4 和 B(D+→a0(980)0e+νe) ×B(a0(980)0→ηπ0)= [1.66+0.81−0.66(stat) ± 0.11 (syst)]×10-4。这是第一次在D0的半轻衰变中测量到a0(980)介子,这为探索a0(980) 态的性质翻开了新的篇章。

Observation of the Semileptonic Decay D0→a0(980)−e+νe and Evidence for D+→a0(980)0e+νe

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 081802 (2018)

分支随机行走的起源

与衍射电子-核子散射

本文指出衍射电子-核子散射事件和一维分支随机游走的实现之间的类比,其根据它们边界附近的粒子谱系树的高度进行选择。这种对应关系在逐事件的衍射图像中变得透明,强调胶子演化的统计特性,从中直接得出新的定量预测:我们能够确定衍射产生的总不变质量的分布,这是一个有趣的可观测量,可以在未来的电子-等离子体碰撞试验中进行测量。

Diffractive Electron-Nucleus Scattering and Ancestry in Branching Random Walks

A. Mueller and S. Munier

Phys. Rev. Lett. 121, 082001 (2018)

原子核物理

责编:耿立升

在中心对撞能量√sNN=8.16 TeV

高多重性p+Pb 对撞中的

粲强子和奇异强子的椭圆流

Sirunyan 等人利用CMS实验组收集的中心对撞能量为√sNN=8.16 TeV的p+Pb对撞过程的数据样本,测量了粲强子(D0)和奇异强子(K S 0 , Λ, Ξ−, Ω− )的椭圆方位各向异性系数(v2)。他们在高多重性(185≤Noffflinetrk≤250, Noffflinetrk指主要反应过程的数目)p+Pb对撞过程产生的所有粒子中都观测到一个源于长程(|Δη|>1, η指赝快度)方位关联的非常强的正的v2信号。此次测量是对小体系中重味强子可能存在的长程集体性的首次观测。该结果意味着粲夸克的v2比轻夸克的小,可能反应了粲夸克的集体行为比轻夸克的要弱。同时,作者并没有在中心对撞能量为√sNN= 5.02TeV的Pb+Pb对撞中观测同样的该效应。(肖杨)

Elliptic Flow of Charm and Strange Hadrons in High-Multiplicity p + Pb Collisions at √sNN= 8.16TeV

A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 082301 (2018)

有限温度相对论核场理论

在偶极子响应中的应用

Litvinova 和Wibowo提出了一个针对有限温度的超越单圈近似的核响应理论。为了实现该目标,他们在热(虚时间)格林方程(松原温度格林方程)体系中引入了针对介质中核子核子反应振幅时间依赖部分的时间阻塞近似。他们发现引入一个软阻塞,而不是零温时的尖锐的阻塞,会使得Bethe-Salpeter 方程在有限温度时变为一个单频变量方程。他们在量子强子动力学理论(QHD)框架(在研究有限温度下核响应问题)下自洽地实现了该理论,目的在于以一种无参数的方式连接重介子的高能标的和核的介质极化效应的低能标。基于该框架,作者研究了偶偶核48Ca和100,120,132Sn的偶极子谱的温度依赖性,并且特别关注了巨偶极共振的宽度问题以及低能偶极子的强度分布。(肖杨)

Finite-Temperature Relativistic Nuclear Field Theory: An Application to the Dipole Response

E. Litvinova and H. Wibowo

Phys. Rev. Lett. 121, 082501 (2018)

定位缺中子硒同位素的形变

人们研究发现,当中子数从beta稳定线附近变化到N=Z附近时,缺中子硒同位素会经历一个从长椭到扁椭的形变。然而,该形变究竟发生的确切位置仍不清楚。目前不同的理论模型给出的预言也不尽相同。这些模型的一个共同特征是形变过渡点的微妙本质,即使硒同位素从长椭组态到扁椭组态需要引入的合适自旋。Henderson 等人通过安全的库伦激发测量了放射性72Se 第一激发态的四极矩——一个潜在的形变过渡点。这是利用美国国家超导回旋加速器实验室(NSCL)里的重新加速束流设备(ReA3)的稀有同位素束流进行的首个低能量的库伦激发实验。通过缺中子硒同位素(68Se到80Se)第一2+激发态的四极矩谱(四极矩符号的变化意味着形变),他们发现对于低自旋的缺中子硒同位素,长椭到扁椭的形变发生在72Se到70Se之间。(肖杨)

Localizing the Shape Transition in Neutron-Deficient Selenium

J. Henderson et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 082502 (2018)

原子、分子与光学

导读:宋新秀;责编:严运安

通过磁化量子拍来观察

超高密度自旋极化H和D

本文利用圆偏振UV光脉冲对HBr和DI的光解离,测量到原子核和电子自旋-极化H和D密度至少为1019cm-3,其寿命约为10ns。此密度比使用常规连续生产方法产生的密度高约6个数量级,令人惊讶的是,该密度比该光解离方法的预期密度还要高至少100倍。作者使用拾波线圈观察到H和D磁化的超精细量子拍,即从电子到原子核及回返的相应的0.7和3ns的周期性极化转移。1019cm-3自旋极化H和D密度足以实现自旋-极化电子、质子或氘核的激光驱动的离子加速,以及核自旋-极化分子的制备,以及自旋-极化的D-T或D-3He激光聚变的演示,其所预计反应性增强约为50%。

Ultrahigh-Density Spin-Polarized H and D Observed via Magnetization Quantum Beats

Dimitris Sofikitis, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 083001 (2018)

利用波函数成像法测定

He2、Ne2、Ar2和H2的原子间电势

本文报道了一种直接测量双原子系统原子间势能曲线的方法,即采用冷靶反冲离子动量光谱反应显微镜来测量H2,He2,Ne2和Ar2的振动波函数的平方。薛定谔方程将波函数的曲率与电势V(R)联系起来,从而提供了一种简单而优雅的方法来提取电势的形状。

Determination of Interatomic Potentials of He2, Ne2, Ar2, and H2 by Wave Function Imaging

S. Zeller, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 083002 (2018)

光囚禁分子的Λ-增强成像

[编辑推荐语]研究人员展示了一种超冷冷却和成像分子密集云的方法。

本文报道使用原位Λ-增强的灰色黏胶冷却方法来对光学捕获的一氟化钙分子进行无损成像。与破坏性共振成像相比,荧光增强200多倍,另外,囚禁分子温度保持为20μK。本文实验中所获得的散射光子数量使得对单分子进行无损单次的高保真度检测成为可能。

Λ-Enhanced Imaging of Molecules in an Optical Trap

Lawrence W. Cheuk, etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 083201 (2018)

O-与亚热碰撞能量中

O+和N+的相互中和作用

本文测量了O-与O+和N+的相互中和作用的总绝对横截面。中性产物原子动能谱中的精细分辨率(约50meV)允许研究人员可以对参与相互中和过程的原子态进行独特的识别。作者使用多通道Landau-Zener模型和离子-共价耦合矩阵元的渐近方法,计算了这两个系统的横截面和分支比,得到了低至1meV质心碰撞能量。双电子过程在单电子转移中的重要性是通过N++O-碰撞中氮原子的核心-激发构型的主要贡献来证明的。在耦合矩阵元计算中引入组态混合,可以部分计入该效应。

Mutual Neutralization of O− with O+and N+ at Subthermal Collision Energies

N. de Ruette, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 083401 (2018)

自旋-轨道耦合的自旋-1极化

玻色子中向列跃迁的量子场论

本文理论上研究了一维连续介质中自旋-1的极化玻色子的超冷气体,该气体受到线性和二次塞曼场以及拉曼诱导自旋轨道耦合的影响。在专注于背景场的微扰处理区间,作者在低能耗领域解析求了该模型;即表征了相关的相位和它们之间的量子相变。取决于有效二次塞曼场的符号ε,出现了两个具有明显向列顺序的超流相。此外,作者还发现了在强耦合下自旋无序的超流体相。作者结合重正化群计算和对偶变换来研究相变的本质。当ε= 0时,一行自旋-电荷分离的Luttinger液体分裂了两个向列相,并且在强耦合下向自旋无序状态的转变是属于Berezinskii-Kosterlitz-Thouless类型。相比之下,当ε≠0时,分离向列和强耦合自旋-无序相的量子临界理论,在电荷扇区中包含Luttinger液体,该液体与自旋扇区中的Majorana费米子相耦合(即把ε为有限值的临界理论映射到量子临界Ising模型,该模型与电荷Luttinger液体耦合)。由于洛伦兹对称性的存在,两者都具有相同的对数发散速度。最后,作者讨论了研究结果的实验特征,这些特征与23Na的超冷原子气体正在进行的实验有关。

Quantum Field Theory of Nematic Transitions in Spin-Orbit-Coupled Spin-1 Polar Bosons

E. König and J. Pixley

Phys. Rev. Lett. 121, 083402 (2018)

固体中单色中心的腔增强拉曼发射

本文证明了固体中单个原子缺陷的腔增强拉曼发射,所用实验平台是钻石中一个与单片钻石光子晶体腔耦合的单一的硅空位中心。该空腔使得拉曼发射(100 GHz)的频率调谐范围达到前所未有的程度,大大超过了金刚石纳米结构中硅空位中心的光谱不均匀性。作者还证明了腔体选择性地抑制了声子激发的自发发射,从而降低了拉曼光子产生的效率。本文的研究结果为研究光子-介导的纳米光子平台中固态量子发射体之间的多体相互作用铺平了道路。

Cavity-Enhanced Raman Emission from a Single Color Center in a Solid

Shuo Sun, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 083601 (2018)

测量单光子时间光谱波函数

光的时间光谱模式为了解量子系统本质提供了一个基本窗口,并为信息编码提供了一种鲁棒的方法。因此,在单光子水平上精确表征光的时间光谱状态的方法在理解单光子源及其在新兴光学量子技术中的应用中起着重要的作用。在这里,本文演示了一种光学无参照方法,它融合了超快计量和单光子光谱检测技术,以表征所预测的单光子的脉冲模式结构。

Measuring the Single-Photon Temporal-Spectral Wave Function

Alex O. C. Davis, etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 083602 (2018)

光学势和Casimir-Polder势的非叠加性

由近表面的非共振激光场辐射的原子,预期会经历两种基本电势的总和,即激光场的光学势和表面的Casimir-Polder势。在这里,本文报告了一种新的非叠加性电势,即激光诱导的Casimir-Polder势,它源于原子与激光和量子真空的相关耦合。作者将这个结果应用于实验上可实现的原子镜的场景,其中瞬逝激光束从表面泄漏,并证明非叠加性项对于实际的实验参数是很重要的,可以将潜在的势垒转化为势阱,因此可被用于捕获近表面的原子。

Nonadditivity of Optical and Casimir-Polder Potentials

Sebastian Fuchs, etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 083603 (2018)

非线性动力学和流体力学