超冷原子气的新奇自发对称破缺

We research on novel states of spontaneous symmetry breaking in ultra cold atomic gases. Spontaneous symmetry is a ubiquitous phenomenon in physics, and is a key concept in condensed matter physics and in particle physics. Because of large many-body quantum fluctuations, there emerge several novel types of spontaneous symmetry breaking in ultra cold atom systems. We mainly study two cases, in a combined way. (1) We study Higgs modes in cold atom systems. Specifically, we shall study Higgs modes in multicomponent gases, various mixtures and spinor gases, we shall also study Higgs modes in quantum gases in artificial gauge fields and in honeycomb lattices. (2) In a mixture of different spinor Bose gases, because of interspecies spin exchanges, the states of spontaneous symmetry breaking of the two atomic gases can be locked by quantum fluctuations. Both Bosons and Fermions will be considered.

我们研究可以在超冷原子气中展现出的新奇的自发对称破缺态。自发对称破缺是物理学中的一个普遍现象，也是凝聚态物理和粒子物理的关键概念。 而超冷原子气由于多体量子涨落，可以带来一些在以前这些领域中比较少见的新的种类的自发对称破缺。我们主要研究以下两种情形,并将两者相结合。 (1) 冷原子系统中的希格斯模。具体来说，我们将研究多分量及各种混合及旋量量子气中的Higgs模、人造规范场中的量子气的Higgs模、六角光晶格上的量子气的Higgs模。（2）在混合旋量玻色气中，在不同种原子间的自旋交换作用下，量子涨落可以导致两种原子的自发对称破缺态发生互相锁定。玻色子和费米子都将被考虑。

围绕项目主题，我们研究了一系列相关问题，包括：2维冷原子玻色气体中的希格斯模、Skyrmion的性质、纠缠介子和纠缠超子、背景场中的退相干以及量子Z2规范理论的量子模拟。我们用O(2)模型研究了冷原子气体的希格斯模，计算了所有多圈图贡献，否定了之前关于磁化率的结论，又用有效场论研究了希格斯模的响应函数，得到与实验一致的结果，希格斯模的峰是一个宽的连续的峰，但是而且随着跃迁常数增加而最终消失。我们还用谐振子波函数展开进行变分法计算，得到skyrmion形状的近似解析解，与数值解和格点模拟结果符合得很好。 而且我们进一步提出了利用钉扎来制造和稳定skyrmion的方法。 我们还提出了用一个非对称的空间和时间上都是周期性的电流对skyrmion进行调控。我们指出，在有限温度下的随机输运，skyrmion的平均速度是某个基本单位的整数倍。我们还研究了C=-1纠缠的中性D介子对的T（时间反演）破坏，而且基于标准模型对T破坏信号进行了定量预测。我们发现D介子中的T破坏信号在10-5到10-4数量级，而10-4的omega效应（一种CPT破坏）会对T破坏信号带来10%–30%的影响。通过蒙特卡洛模拟的研究，可以认为当事例数达到109到1010数量级，T破坏信号就能被观测到。我们还提出一种非局域实在论的一种新的Leggett不等式，并提出用纠缠介子来检验它的破坏。我们还借助于纠缠超子，提出局域实在论的一种新的贝尔不等式。在这两个工作中，在隐变量理论中，衰变取决于局域隐变量，这解决了测量设置漏洞问题。我们还研究了自旋与一个玻色子场或者引力场耦合而导致的退相干。