2018年120卷14期导读

来源: 京师物理

发布日期: 2018-04-18

本期导读涵盖了多个领域的最新研究成果,包括时间晶体、量子网络、超冷原子、引力波、基本粒子、原子核物理、分子动力学等,展示了物理学前沿的多样性和复杂性。

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普通物理:统计与量子物理

时间晶体平台:从时间上的准晶结构到具有独特相互作用的系统。

时间晶体是一种量子多体系统。由于该系统中粒子间的相互作用,时间晶体能够自发地以一种在时域中周期的方式自组织它们的运动。这与凝聚态物理中的晶体结构类似。在固体物理中,具有空间周期性的外部势场常常被用来研究空间晶体的性质并反映它们的结构。由于在时域中周期驱动的系统与空间上具有周期的系统具有对应关系,类似的方法可以应用于时间晶体的研究。

Giergiel等人在本文中指出,从准晶结构势中的单粒子体系到具有独特的长程相互作用的多体系统等一系列凝聚态问题,均可以通过选择合适的周期驱动来在时域中实现。此外,作者还发现如果原子的散射长度被时间调制,就有可能产生原子由于相消干涉而结合在一起所形成的分子。

针对量子网络在计算上的有效的非线性贝尔不等式。量子网络中的关联性吸引了人们对新型定域性违反的强烈兴趣。

标准的贝尔不等式不能表征由多个源所产生的多方关联,这是由于还没有在计算上有效的方法可以用于构造普适的对量子网络的有用的贝尔不等式。在这项工作中,Luo提出了新的显式贝尔型不等式,它们可以用于包括循环网络在内的一般网络,这是该领域一个很大的进展。这些非线性不等式与一种等价无加权偶图的匹配问题相关,由此可以构造一个多项式时间算法。

对于包含了双向纠缠纯态和广义Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的量子资源,作者利用所提出新型贝尔不等式证明了具有多个独立的观察者的量子网络具有普适的多方非定域性。

利用Rashba自旋轨道耦合在超冷原子玻色凝聚体中寻找超固体。Liao发展了一种用于具有Rashba自旋轨道耦合的旋量玻色爱因斯坦凝聚体条纹相的泛函积分公式。

研究表明,激发光谱具有双无间隙的能带结构,这被认定为是由内部规范对称性和平移不变性自发破缺导致的两种Goldstone模。声速表现出各向异性的行为,其较低的分支在垂直于x−y平面内条纹的方向上消失。在平面波相和条纹相之间过渡的相变点附近,基态能量的涨落修正和凝聚体的量子损耗等物理量表现出不连续性,这正是一阶相变的特征。

尽管Rashba自旋轨道耦合产生了强烈的量子涨落,但作者证明了超固相对于量子损耗是稳定的。

在波导量子电动力学中巨型原子间的无退相干相互作用。在量子光学实验中,天然原子和人造原子的尺寸因与其相互作用的电磁辐射波长相比足够小,所以可以近似被视为质点。然而,和弯曲的波导线或表面声学波耦合的超导量子比特可以实现“巨型人造原子”,并在某些点(点间距为波长量级)与玻色场耦合。

Kockum等人研究了多个巨型原子和一维波导的多个点耦合的实验设置。他们的结果显示巨型原子可以通过波导免于退相干,但巨型原子仍存在以波导为媒介的交换相互作用。

极高损耗信道的贝尔检验:在地月间分配纠缠光子对。Cao等人提出利用拉格朗日点对地球和月球之间的纠缠光子进行分配的方案。对于纠缠的长距离分配最令人惊奇的性质之一是可以使用人类提供的随机观测方法实施贝尔检测,并在保持类空间隔的情况下记录结果。为了实现这个原理验证类型的实验,作者发明了一个产生率约为1GHz的纠缠光子源,比目前光子源的产生率高出两个数量级。

基于旋量玻色爱因斯坦凝聚的贝尔不等式、EPR导引和量子计量。Wasak和Chwedeńczuk等人设计了一个基于有质量粒子构成的多体系统的实验,实验所给出的结果的违反了贝尔不等式。关联原子的源是一个在光晶格中的旋量玻色爱因斯坦凝聚体。作者描述了包括局域操作、测量以及不等式在内的贝尔检验所需的完整步骤。本文的研究表明该体系中贝尔不等式的违反程度取决于两体关联强度和散射对的数量。

利用非马尔可夫探测器对任意操作指令进行无损量子测量。固态量子技术的发展对理解针对具有相互作用的非孤立量子系统的量子测量提出了要求。Bülte等人分析了一个耦合两个探测器的一般量子系统。在弱测量极限下作者得到了一个紧凑的公式,它适用的范围介于教课书式的瞬时测量和几乎连续的探测器动力学依赖的测量之间。

超越Instrumental因果网络的量子导引。关于经典量子因果网络的理论工作和纠缠光子的实验展示了量子导引具有比之前预测的更强的非局域形式。Nery等人从理论上预测,并且通过实验证实了使用纠缠光子时,结果通信不足以使隐状态模型复现量子导引。

在退相位效应下超越经典极限的量子计量学。量子传感器具有超越经典传感器的潜力。对于传统的传感方法,对目标场评估的不确定度与测量时间T的平方根成反比。但利用量子方法,我们可以将该不确定度降低至与1/T成正比。

引力与天体物理

显微镜使命:对轻质量标量伸缩子可能违反弱等效原理的首个约束。Joel Bergé等人发现,“显微镜”任务中关于EÖtvÖs参数的首个实验结果对这种标量场提出了新的约束。对于质量小于10-12eV的标量场,他们将已知的约束提高了一个数量级。

用地基探测器检测5 Hz引力波的前景。作者建议了一个升级版LIGO,并命名为LIGO-LF,着重于提高对5-30 Hz低频段引力波的灵敏度,并探究了该升级版LIGO在天文物理中的一系列应用。

深层网络带来的匹配滤波在引力波天文学中的应用。本文中,Gabbard等人提出,深层卷积神经网络的构建,能有效提高对双黑洞的引力波探测时用到的匹配滤波搜索的灵敏度。

基本粒子与场论

引力与自旋为2的平面薛定谔方程。Bergshoeff等人从只在2+1维下有效,带质量的自旋为2的Fierz-Pauli场方程出发,在新奇的非相对论极限下提出了分数量子霍尔效应中自旋为2的薛定谔方程。

由交叉理论得到散射振幅。Sebastian Mizera用Picard-Lefschetz理论证明了带有一组给定的超平面布局的绕弯循环交叉数的新的公式。

通过太阳反射直接探测MeV能标的暗物质。如果暗物质粒子质量低于几个MeV并且可以和电子发生散射,他们与太阳内部的相互作用会导致地球上接收到的星系暗物质谱相当程度的硬化。

对单能量缪子中微子带电流的相互作用的测量。MiniBooNE合作组首次测量了但能量缪子中微子带电流相互作用。

非标准解释τ →KSπντ CP反对称的不可行定理。BaBAR合作组测得的τ →KSπντ CP反对称与标准模型有2.8σ的偏差。

原子核物理

NN=5.02TeV铅碰撞中激发Υ态相对于基态的压低。利用CMS实验收集的数据,测量了在√sNN=5.02TeV的pp和Pb-Pb碰撞中产生的及通过双m子衰变道重构出的Υ介子的相对产额。

√sNN=5.02TeV的pp和铅碰撞中碎裂函数的测量。铅离子高能碰撞中出现的喷注结构可能为那些相同碰撞中产生的夸克胶子等离子体的研究提供一个新的方法。

测量依赖于核自旋的宇称破缺的一种灵敏方法。利用双原子分子测量原子核自旋依赖宇称破缺的方法展示了对非零自旋原子核中宇称破缺测量前所未有的灵敏性。

双Gamow-Teller跃迁及其与无中微子双β衰变的关系。利用当前先进的大规模原子核壳模型计算,作者研究了48Ca的双Gamow-Teller强度分布。

原子、分子与光学

深势分子动力学:一种具有量子力学精度的可扩展模型。本文使用从头算数据训练精心设计的深度神经网络生成多体势能和原子间作用力,从而引入一种分子模拟方案,即深度势能分子动力学(DPMD)方法。

H3+中作为质量的转动能量和D与3He的原子质量的下限。本文精确测量了H3+/HD+和H3+/3He的回旋频率比,并观察到不同的H3+离子会导致不同的回旋频率比。

分子超冷散射截面含时波包动力学计算。本文报告了第一次对超冷分子反应散射的精确含时波包动力学计算。

在超冷费米子气体中可调的自旋交换的局域磁矩。Riegger及其合作者在双轨道费米子量子气体中通过实验实现了具有轨道间强自旋交换的状态依赖的晶格。

非线性动力学和流体力学

相干增强的无线电力传输。通过天线从外部辐射提取电磁能量是无线通信和无线电力传输的基石。

孤子色散流体力学:理论与实验。引入孤子-平均场理论来描述孤子在宏观流体流动中的传播。

β-Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou系统上的弛豫时间双标度。数值模拟和理论论证表明,对于有限数量的质点,统计平衡状态是独立于系统的初始能量而达到的。

气液界面上水合物生长的非平衡热力学。Xiaojing Fu等人发展了连续尺度相场模型来研究远离热力学平衡的气液水合物系统。

等离子体与束物理

低密度相对论等离子体中的太赫兹脉冲辐射:从光致电离诱导辐射到相干渡越辐射。Déchard等人利用3Dparticle-in-cell模拟研究了双色超短光脉冲与低密度、超高强度氦气相互作用诱发太赫兹到远红外辐射的物理过程。

通过时间分辨测量方法观测自调制不稳定性。Gross等人观测到了电子束在等离子体中的自调制现象。

凝聚态物理:结构

晶体图卷积神经网络用于精确和可解释的材料性质预测。使用机器学习方法来加速晶体材料的设计通常需要手动创建特征向量或提供原子坐标的复杂变换来输入晶体结构。

通过Widom线时超临界二氧化碳伴随液滴形成的致密化。本文使用小角度中子散射(SANS)研究超临界CO2的热密度涨落现象。

凝聚态物理:电子性质

电子温度诱导闪锌矿半金属的拓扑相变。Trushin和Görling利用第一性原理计算展示了在二次带接触的闪锌矿半金属中,由于电子温度的变化,不需要进行结构变换或电声子耦合作用就能够发生电子相变。

非厄密哈密顿量的拓扑带理论。Shen等人发展了由非厄密哈密顿量描述的系统的拓扑能带理论,其能谱通常比较复杂。

节线半金属中异常点处的表面与3D量子霍尔效应。Molina和González从理论上证明:在强磁场下,三维节线半金属可以被驱动到表面导电的拓扑绝缘相中。

拓扑结线半金属中量子振荡的相移规则。Li等人给出一个系统的在垂直于结线平面的磁场下电阻率的SdH振荡的计算方法。

利用电子电导探测近藤纠缠。Yoo等人发现在双量子点系统的轨道近藤情形下,这种量子纠缠可以通过测量经过双量子点的电子的电导来探测。

空间调制的二维电子气中的非局域性、关联性和磁输运。Raichev发现弱调制二维电子系统中的经典可公度性现象是在磁场下均匀电子气关联函数本征性质的一种表现。

LaAlO3/SrTiO3界面的一维超导电性。Pai等人研究了通道宽度从一维过渡到二维区域的LaAlO3/SrTiO3的超导电性。

与螺旋Luttinger液体耦合的近藤杂质:RKKY-近藤物理。Yevtushenko和Yudson等人发现当螺旋Luttinger液体中传导电子之间的相互作用强于某个临界值时,两个局域磁矩之间通通过传导电子建立的耦合不满足RKKY描述。

铁掺杂Li3N中磁性隧穿的强烈外场敏感性。Fix等人发现自旋翻转几率在横向磁场下大幅增长,证明这种隧穿过程是共振方式的。

多铁BiFeO3的摆线畴和电极化的磁场控制。Bordács等人利用小角度中子散射研究了室温多铁材料BiFeO3铁电单畴单晶中磁场诱导的摆线自旋结构再构。

外磁场诱导ZnCr2Se4中量子临界的发生。Gu等人分别测量了阻挫磁体ZnCr2Se4在直流和交流下的磁化率、比热容以及热导率。

正电子引起的荧光。Stenson等人发现当低能正电子入射到荧光屏上会比电子产生更强的荧光。

单层过渡金属卤化物中固有的铁磁铁电性。本文中,作者基于第一性原理计算,研究层状过渡金属卤化物中的铁磁铁电性。

软物质与生物物理

多孔介质中的颗粒体积排斥效应导致的堵塞。本文研究了一个仅由体积排斥效应导致堵塞的三维多孔介质模型,并利用核磁共振光谱仪,得到了包括长距离输运、堵塞和结块的完整的动力学图像。

随机圆盘填充可系统性地出现周期斑图。本文通过计算机模拟方法研究了刚性墙面之间的随机圆盘填充问题,发现足够高的圆盘堆积中总会出现周期性斑图。

对颗粒和液滴与防水固体表面冲击的统一描述。作者研究了粘性耗散和固体摩擦效应可忽略的条件下,毫米尺寸的超软凝胶颗粒以及简单或粘弹性流体的液滴在防水固体表面的冲击动力学,并着重考察了最大的扩散因子以及达到表面最大尺寸的时间与冲击速度的关系。

剪切弹性网络的正应力、收缩和硬化。本文发现了坡印廷效应与微观格律乃森参数之间的一种新的关系,从而量化拉伸对振动模式的改变。

有限资源导致的微管长度调节中的双稳态。本文提出和分析了一种新的理论模型,当微管蛋白和驱动蛋白都有限的时候,具有对抗性的两种作用(解聚与自发聚合)相互竞争。

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