量子异常，打破了超冷原子的经典对称性

• 二维费米气体的尺度对称性随着粒子间的强相互作用而瓦解
• 量子气体研究揭开了基础物理学的面纱，并立即得到应用

一项对超冷原子气体(外太空温度的十亿分之一)的FLEET研究揭示了新的基本量子效应。

斯威本科技大学的研究人员研究了超冷原子气体中的集体振荡，确定了量子效应在哪里发生，从而“打破”了经典物理学预测的对称性。

他们还观察了二维(2D)行为和三维(3D)行为之间的转变。

该研究的作者Chris Vale教授解释说:“从这些观察中得到的基本发现将为FLEET在没有浪费能量耗散的情况下寻找电子传导提供信息。”

具有即时应用的基础物理学

二维材料表现出许多新颖的物理性质，并被深入研究其潜在用途——例如，在超低能量电子产品中。

然而，二维材料的强相关性和缺陷使它们在理论上难以理解。超冷中性原子的量子气体将有助于解开二维材料的基础物理，以及发现在其他系统中不易获得的新现象。

在超冷中性原子的量子气体上进行的实验增强了我们对相变和粒子间相互作用效应的理解。

这种对相变的理解和控制能力的提高将直接应用于FLEET未来低能量、基于拓扑的电子产品的开发。

对称

“对称性”是许多物理理论的基本组成部分，通过确定哪些因素不会改变系统的基本物理特性，可以简化描述。

例如，在“比例不变”系统中，改变粒子之间的距离并不会改变材料的行为，而只是用适当的因素来“缩放”它。

被限制在二维平面上的超冷原子气体使研究人员能够探索量子效应可以打破“比例对称”的机制。

这项研究

研究人员研究了一种强相互作用的二维锂费米气体⁶原子，测量被称为“呼吸模式”的径向振荡的频率，其频率由气体的可压缩性确定，是气体热力学方程状态的窗口。

呼吸模式是气体能量最低的集体振荡，只要尺度对称存在，它应该总是发生在一个频率上(正好是谐波限制频率的两倍)。

研究证实，在粒子之间存在强相互作用时，尺度对称性被打破，影响了压力和密度之间的热力学关系。

这被称为量子异常，当经典理论中存在的对称性在相应的量子理论中被打破时，就会发生量子异常。

呼吸模式频率的测量还允许研究人员绘制二维和三维极限之间热力学状态方程的演变，表明严格的二维行为只在参数空间的一个非常有限的区域内发现。

这项研究强相互作用费米气体的量子异常和2D-3D交叉发表在本周的《物理评论快报》上。

确认这项研究是由澳大利亚研究理事会在卓越中心、未来奖学金和探索计划下。合作者包括FLEET CI米拉教区和人工智能Jesper莱文森．

低温气体和FLEET

在FLEET, Chris Vale研究超冷费米子原子二维气体中的拓扑现象，研究Floquet拓扑超流的冷原子实现，超导临界温度的非平衡增强，以及基于二维原子气体中光学诱导的自旋轨道耦合的拓扑物质的新形式研究主题三．

FLEET的研究主题3研究暂时脱离热平衡的系统，以研究所显示的定性不同的物理特性和动态控制其行为的新能力。

克里斯在斯威本科技大学领导量子气体研究。在这些原子冷却到绝对零度以上仅100纳k的集合中，通常只在微观水平上发现的行为在宏观水平上变得突出。

该团队对二维费米气体的研究测试了由超冷原子合成的拓扑和非平衡量子物质中无耗散输运的新范式。

Chris是FLEET近100名研究人员之一，他们都被一个巨大的挑战所激励:减少信息和通信技术(ICT)的能源消耗，这一领域已经占全球用电量的至少8%，而且每十年就会翻一番。

FLEET (ARC未来低能电子技术卓越中心)将开发电流以最小阻力流动的系统，从而将浪费的能量耗散最小化，以及这种“无耗散”电流可以随意开关的设备。

这些设备将以超低能耗实现革命性的新电子和通信技术。

更多的信息

• 联络Chris Vale教授cvale@swin.edu.au
• 联系FLEET通信media@FLEET.org,au
• 连接@FLEETCentre
• 访问FLEET.org.au
• 发现光转换材料和非平衡物理
• 发现斯威本超低温物理学
• 看计算能量使用的未来解决方案
• 订阅app雷竞技