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场与物质之间的相互作用,是贯穿整个物理学反复出现的主题!

原博科公园2天前我想分享

苏黎世联邦理工学院的物理学家开发了一种将量子化规范场耦合到超冷原子上的新方法。这种方法可能是解决从凝聚态到高能物理问题的通用平台的基础。在整个物理学中,场与物质的相互作用是一个反复出现的主题。经典情况,如天体在其他引力场中运动的轨迹,或电子在磁场中运动的轨迹,都非常清楚,可以以惊人的精度预测。

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然而,当必须明确考虑所涉及的粒子和场的量子性质时,情况很快就变得复杂起来。此外,如果这个场取决于它演化的粒子的状态,即使是当今最强大的计算机,计算也可能变得不可访问。场与物质相互作用机制的局限性阻碍了凝聚态物理向高能物理的发展。但还有另一种方法:不计算动力学,而是模拟动力学。着名的例子是,对于行星系统来说,称为Orrries的机械模型早在数字计算机发展之前就建立了。

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近年来,科学家们开发了所谓的量子模拟器,其中一个量子系统的未知动力学被另一个更可控的系统模拟。正如发表在[0x9A8b]期刊上的,弗雷德里克G?苏黎世联邦理工学院物理系的RG和Tilman Esslinger团队在量子模拟器方面取得了实质性进展,可用于解决量子模拟器的问题。物质和场的动力学耦合的一般问题。

难以测量结果

而不是直接观察引力场或电磁场,看看所谓的规范场。这些辅助字段通常在实验中不能直接观察到,但作为粒子和场之间相互作用的数学处理框架,这些辅助字段更强大。作为物理学的核心概念,测量场提供了一种独特的方式来理解电磁力,以及将亚原子粒子聚合在一起的方法。因此,科学家们对测量场的量子模拟感兴趣,这可以为目前在计算或计算机模拟中无法探索的情况提供新的见解。

目前用于模拟复杂量子系统的主要平台之一是基于原子被冷却到接近绝对零温度并被困在激光产生的晶格结构中。近年来的一个重大进步是认识到原子可用于模拟磁场中电子的行为,即使原子没有电荷。实现这一点的关键是使用外部控制参数来控制量子隧穿过程,原子通过该过程在光学晶格的相邻位置之间移动。通过适当地定制在隧穿事件(称为Peierls阶段)中拾取的量子粒子的复杂相位,中性原子的行为可以与在磁场中移动的带电粒子完全相同。

摇一摇这个领域

这些合成规范领域的工程动力学可以与经典行星系统的动力学进行比较。在经典系统中,行星的运动就像是从中心体的强引力中拉出来,模拟真实行星的行为。以前使用超冷原子平台来创建由复杂隧道阶段产生的人工测量场。但到目前为止,这些人造规范场本质上是经典的,并不包括从原子到规范场的反向作用。令人兴奋的是,科学家现在提出了一种灵活的方法来实现原子和规范场之间的耦合。

该研究提出并实施了基于晶格中原子分布的Peierls阶段程序。当分布由于与量规场的相互作用而发生变化时,量规场本身也会发生变化。这就好像Orrery将根据行星加速或减速(忽略行星之间的相互作用,因此不需要模拟简单的天体力学)。然而,在量子规范域中的量子模拟器的情况下,粒子之间的相互作用是必不可少的部分。在当前的实验中,物理学家创造了一个“二聚体”的光学晶格,每个光学晶格由两个相邻的位点组成。

费米子可以单独存在或成对存在。通过用压电致动器以两个不同频率摇动晶格来控制二聚体位点之间的隧穿。选择调制的频率和相位使得位点之间的Peierls相取决于一个原子是否与另一个相反自旋原子共享其二聚体位置。与超冷原子偶联的手动量规场步骤是重要的一步。光学晶格中的超冷原子已成为量子模拟的通用平台,包括模拟固体材料中发生的复杂电子现象。

普遍性问题

在不久的将来,可以解决更复杂的量子规范域,尤其是那些出现在高能物理中并挑战当前经典模拟方法的领域。可以用于各种不同的量化规范领域,超出已发表论文中探讨的特定情景,并且因为这项研究还展示了高度可调的原子多体系统的微妙实验控制,现在有一个明确的,有趣的前景不是洞察力进入天空的运动,却深入洞察量子世界。

Brocade Park |研究/来自:苏黎世联邦理工学院

参考期刊《自然物理学》

DOI: 10.1038/s-019-0615-4

博科|科学,技术,研究,科学与技术

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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苏黎世联邦理工学院的物理学家开发出一种将量子规范域与超冷原子耦合的新方法。这种方法可以作为解决从浓缩物理到高能物理的问题的通用平台的基础。场与物质之间的相互作用是整个物理学中反复出现的主题。经典情况,例如在其他引力场中移动的天体的轨迹,或者在磁场中的电子运动,是非常清楚的并且可以以惊人的精度预测。

然而,当必须明确考虑所涉及的粒子和场的量子特性时,情况很快变得复杂。此外,如果场依赖于它演化的粒子的状态,即使是今天最强大的计算机,计算也变得无法实现。场与物质之间相互作用机制的局限性阻碍了从凝聚态物理到高能物理的进步。但还有另一种方法:不是计算动力学,而是模拟它们。着名的例子是,对于行星系统,称为orreries的机械模型早在数字计算机发展之前就已建成。

近年来,科学家开发了所谓的量子模拟器,其中一个量子系统的未知动力学用另一个量子系统模拟,更可控。正如《自然物理学》期刊上发表的那样,苏黎世联邦理工学院物理系的Frederk G?rg和Tilman Esslinger团队现已在量子模拟器方面取得了实质性进展,可用于量子模拟器。物质和场的动力学耦合的一般问题。

很难衡量结果

而不是直接观察引力场或电磁场,看看所谓的规范场。这些辅助字段通常在实验中不能直接观察到,但作为粒子和场之间相互作用的数学处理框架,这些辅助字段更强大。作为物理学的核心概念,测量场提供了一种独特的方式来理解电磁力,以及将亚原子粒子聚合在一起的方法。因此,科学家们对测量场的量子模拟感兴趣,这可以为目前在计算或计算机模拟中无法探索的情况提供新的见解。

目前用于模拟复杂量子系统的主要平台之一是基于原子被冷却到接近绝对零温度并被困在激光产生的晶格结构中。近年来的一个重大进步是认识到原子可用于模拟磁场中电子的行为,即使原子没有电荷。实现这一点的关键是使用外部控制参数来控制量子隧穿过程,原子通过该过程在光学晶格的相邻位置之间移动。通过适当地定制在隧穿事件(称为Peierls阶段)中拾取的量子粒子的复杂相位,中性原子的行为可以与在磁场中移动的带电粒子完全相同。

摇一摇这个领域

这些合成规范领域的工程动力学可以与经典行星系统的动力学进行比较。在经典系统中,行星的运动就像是从中心体的强引力中拉出来,模拟真实行星的行为。以前使用超冷原子平台来创建由复杂隧道阶段产生的人工测量场。但到目前为止,这些人造规范场本质上是经典的,并不包括从原子到规范场的反向作用。令人兴奋的是,科学家现在提出了一种灵活的方法来实现原子和规范场之间的耦合。

该研究提出并实施了基于晶格中原子分布的Peierls阶段程序。当分布由于与量规场的相互作用而发生变化时,量规场本身也会发生变化。这就好像Orrery将根据行星加速或减速(忽略行星之间的相互作用,因此不需要模拟简单的天体力学)。然而,在量子规范域中的量子模拟器的情况下,粒子之间的相互作用是必不可少的部分。在当前的实验中,物理学家创造了一个“二聚体”的光学晶格,每个光学晶格由两个相邻的位点组成。

费米子可以单独存在或成对存在。通过用压电致动器以两个不同频率摇动晶格来控制二聚体位点之间的隧穿。选择调制的频率和相位使得位点之间的Peierls相取决于一个原子是否与另一个相反自旋原子共享其二聚体位置。与超冷原子偶联的手动量规场步骤是重要的一步。光学晶格中的超冷原子已成为量子模拟的通用平台,包括模拟固体材料中发生的复杂电子现象。

普遍性问题

在不久的将来,可以解决更复杂的量子规范域,尤其是那些出现在高能物理中并挑战当前经典模拟方法的领域。可以用于各种不同的量化规范领域,超出已发表论文中探讨的特定情景,并且因为这项研究还展示了高度可调的原子多体系统的微妙实验控制,现在有一个明确的,有趣的前景不是洞察力进入天空的运动,却深入洞察量子世界。

Brocade Park |研究/来自:苏黎世联邦理工学院

参考期刊《自然物理学》

DOI: 10.1038/s-019-0615-4

博科|科学,技术,研究,科学与技术

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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