Fysikere afslørede spontan T-symmetribrud og usædvanlige punkter i hulrum QED

Spontan symmetribrud (SSB) er et fysikfænomen, hvor et symmetrisk system producerer symmetri-krænkende tilstande. For nylig, omfattende undersøgelse viser, at paritetstid-symmetribrud i åbne systemer fører til usædvanlige punkter, lovende for nye applikationer leasers og sensing.

I dette arbejde, forskerne teoretisk demonstreret spontan tidsomvendt symmetri (T-symmetri), der bryder i et hulrums kvanteelektrodynamiksystem. Systemet består af et ensemble af atomer på 2 niveauer inde i et hulrum. Atomer holdes nær deres højeste ophidsede tilstande og fungerer som en oscillator med en negativ masse. Forskerne udnytter dipol-interaktionen mellem atomerne og hulrumstilstanden til at fremkalde T-symmetriens brud og opnå ekstraordinære punkter (EP'er).

"Dipolinteraktionen giver en lineær kobling mellem atomernes kollektive bevægelse og hulrumstilstanden, "sagde Yu-Kun Lu, der er bachelor på Peking University. "For lille koblingsstyrke, systemet undergår harmonisk svingning, som er invariant under tidsomvendt operation. Når koblingsstyrken når en tærskel, systemet bliver ustabilt mod parproduktionsprocessen (tilintetgørelse), og excitationstallet for hulrumstilstanden og atomerne vil stige (falde) med tiden, hvilket fører til, at den spontane T-symmetri brydes. "Det kritiske punkt mellem den T-symmetriske og T-symmetri brudte fase viste sig at være en EP.

"For at demonstrere eksistensen af ​​EP, vi viste afhængigheden af ​​egenfrekvenser såvel som egenmode på detuning af hulrums-atom, og vi fandt ud af, at de samles på det kritiske punkt, og beviste dermed, at det var en EP, "sagde Pai Peng, en tidligere bachelor i Prof. Xiaos gruppe og nu en ph.d. ved Massachusetts Institute of Technology. I øvrigt, på grund af EP's enestående topologi, dynamikken i nærheden af ​​EP'en er robust.

"Efter at have omkranset en hel sløjfe omkring EP, den endelige tilstand afhænger kun af sløjfens retning, men ikke af dens form, og dermed er resultatet topologisk beskyttet, "sagde Qi-Tao Cao, en ph.d. ved Peking University.

"EP'er blev tidligere udelukkende studeret i åbne systemer. Demonstrationen af ​​EP i det nuværende system udvider forståelsen af ​​SSB og særpræg i fysik, "sagde prof. Xiao." Bortset fra dens grundlæggende interesse, spontan T-symmetri bryde uden gevinst eller tab giver også en ny platform til forskellige applikationer, såsom sansning og behandling af kvanteoplysninger. "