中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员管习文、博士研究生何丰、研究员姜玉铸与中科院院士、北京计算科学研究中心主任林海青,美国莱斯大学教授Randy Hulet和浦晗合作,通过量子可积系统理论,得到一维超冷费米气体独特的分数化准粒子和自旋-电荷分离现象的精确结果,并给出实验验证该一维多体物理现象的具体方案,在低维量子多体普适规律研究中取得进展。
粒子间复杂的相互作用和系统丰富的内部自由度通常给系统物理特性的描述带来挑战,尤其是对费米子之间的相互作用如何影响低温下量子液体状态,这一研究已进行多年。
在一维量子多体物理中,朝永-拉亭戈液体理论及量子多体的长程关联通常被用来描述一维多体系统的低能普适行为,一维相互作用费米子的低能激发通常分裂成两支独立的朝永-拉亭戈液体,其分别刻画携带自旋和电荷的准粒子,该现象被称为自旋电荷分离,是一维量子体系所独有的多体物理现象。
教授杨振宁和Gaudin分别在1967年求解出一维自旋-1/2 delta-函数相互作用的费米气体(即Yang-Gaudin模型),该模型是量子统计物理中的典范。研究人员通过研究杨-Gaudin模型的精确解,首次精确计算出电荷自由度中的粒子-空穴集体激发谱和双自旋子(分数化准粒子)激发谱,得到零温和有限温度下自旋-电荷分离的普适关系及量子临界现象的普适标度。
研究工作得到科技部、自然科学基金委、教育部、中科院等的支持。