量子多體物理研究取得新進展 給自旋電荷分離現象優美的數學解釋

2020-11-18 光明網

由中美科研人員組成的聯合研究團隊，在量子多體物理研究中取得重要進展，不僅從數學上對自旋電荷分離現象進行了精確描述和分析，而且給出了通過實驗驗證這一現象的具體方案。相關研究成果近日發表於物理學領域國際知名期刊《物理評論快報》。

一維Yang-Gaudin費米氣體的電荷和自旋激發譜。黃色區是電荷自由度中的粒子-空穴連續激發譜，綠色區域是著名的雙自旋子的分數化激發譜。在小動量激發時，電荷與自旋激發都具有聲子色散關係，但以不同的群速度傳播，展現了電荷-自旋分離現象的本質。

中國科學院精密測量科學與技術創新研究院、北京計算科學研究中心、美國萊斯大學的學者合作開展了此項研究。他們通過研究量子統計物理中Yang-Gaudin模型的精確解，揭示了自旋電荷分離現象以及非相干自旋液體的微觀機制。

自旋電荷分離是一維量子體系所獨有的多體物理現象。這種現象指的是處於一維狀態的量子體系在低能激發時會分裂成兩種準粒子，一種攜帶自旋，一種攜帶電荷。對這種現象進行研究已有40多年的歷史，但是人們對該現象尚缺乏深刻的理解。該團隊嚴格證明，當激發涉及反向散射或在臨界區受到熱漲落的強烈幹擾時，超冷費米原子體系的自旋電荷分離的朝永-拉亭戈液體特性就會失效，在臨界區將湧現出非相干的拉亭戈液體區。

比熱臨界相圖。QC代表量子臨界區，TLL代表朝永-拉亭戈液體，COR是非相干拉亭戈液體區。在非相干拉亭戈液體區，電荷自由度是相干的，以聲速傳播，而自旋自由度變成自由的氣體形式，不再具有聲速。

該團隊證明了一維超冷費米原子體系的動力學結構因子不但可以用來觀測自旋電荷分離的激發譜，而且可以用來驗證朝永-拉亭戈液體動力學關聯函數。他們據此提出了實驗驗證自旋電荷分離現象的具體方案。

專家認為，該團隊的研究結果提供了對自旋電荷分離、量子臨界性和非相干拉亭戈液體的數學解釋，給出了量子多體物理的一個優美範例。

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來源： 新華社

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