Prof. Jiazhong Hu von der Tsinghua-Universität und Prof. Xuzong Chen von der Peking-Universität demonstrieren anhand einer neuen Theorie namens „nicht-adiabatische lineare Antwort“, die von Prof. Hui Zhai von der Tsinghua-Universität vorgeschlagen wurde, experimentell neuartige Quasi-Partikel-Verhaltensweisen in verschiedenen Quantenphasen in kalten Atomen von optischen Gittern eingefangen.
Quanten-Vielteilchensysteme weisen reiche Phänomene auf, die durch eine Vielzahl von Korrelationen gekennzeichnet sind. Um diese Vielteilchenkorrelationen zu untersuchen, wenden Wissenschaftler normalerweise die Linear-Response-Theorie an, um die Ladungs- oder Spinlücke zu untersuchen, um verschiedene Quantensysteme zu kennzeichnen. Ein weiterer wichtiger Aspekt von Vielteilchenkorrelationen ist, ob ein System eine wohldefinierte Quasiteilchenbeschreibung besitzt oder nicht, die die Anregungseigenschaften und das dynamische Verhalten eines Vielteilchensystems beschreibt.
Dieses Papier schlägt eine neue Theorie vor, die als nicht-adiabatische lineare Reaktion bezeichnet wird. Diese neue Theorie basiert auf dem Hochfahren der physikalischen Parameter und dem Beobachten von Unterschieden der Observablen zwischen den dynamischen Zuständen und stationären Zuständen. Diese Theorie stellt fest, dass diese Differenz unabhängig von den Rampentrajektorien ist und dass sie proportional zu den Korrelationen der Gleichgewichtszustände am Endpunkt der Rampe ist. Dies stellt eine neue Methode zur Verfügung, um Vielteilchensysteme und die entsprechenden Korrelationen zu untersuchen, und diese Messung ist empfindlich dafür, ob ein System eine wohldefinierte Quasi-Teilchen-Beschreibung besitzt.
Neben dem Aufbau eines neuen theoretischen Rahmens nutzt dieses Papier auch die Kaltatomplattform, um die neue Theorie experimentell zu verifizieren. Durch Rampen der Fallentiefe optischer Gitter mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Beobachtung der Quasi-Impulsverteilungen untersucht das Experiment die Anregungsspektren von Phasenübergängen zwischen Supraflüssigkeit und Mott-Isolator.
Insbesondere nutzt es ein neu entwickeltes verbessertes Band-Mapping-Verfahren, das eine viel bessere Auflösung von Quasi-Impulsverteilungen bietet. Unter Ausnutzung dieser Vorteile verifiziert das Experiment die Theorie der nicht-adiabatischen linearen Reaktion und zeigt unterschiedliche korrelierte Verhaltensweisen in Regimen von Supraflüssigkeit, Mott-Isolatoren und quantenkritischen Regionen. Es charakterisiert auch die Quasiteilchenbeschreibung in verschiedenen Quantenphasen.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsbulletin.
Mehr Informationen:
Libo Liang et al, Untersuchung von Quanten-Vielteilchenkorrelationen durch universelle Rampendynamik, Wissenschaftsbulletin (2022). DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.005