Schematisk illustration av systemet och mekanismen för brytning av T-symmetri. Upphovsman:© Science China Press
Spontan symmetribrytning (SSB) är ett fysikfenomen där ett symmetriskt system producerar symmetriöverträdande tillstånd. Nyligen, omfattande studie visar att symmetribrytningen i paritetstid i öppna system leder till exceptionella punkter, lovande för nya applikationer leasers och sensing.
I det här arbetet, forskarna visade teoretiskt att spontan tidsomvänd symmetri (T-symmetri) bryts in i ett hålrums kvantelektrodynamiksystem. Systemet består av en ensemble av atomer på två nivåer inuti ett hålrum. Atomerna hålls nära sina högsta upphetsade tillstånd och fungerar som en oscillator med en negativ massa. Forskarna använder dipolinteraktionen mellan atomerna och kavitetsläget för att inducera T-symmetri brytning och för att få exceptionella punkter (EP).
"Den dipol-interaktion ger en linjär koppling mellan det kollektiva rörelsen hos atomerna och kavitetsmoden, "sa Yu-Kun Lu, som är en kandidatexamen vid Peking University. "För liten kopplingsstyrka, systemet genomgår harmonisk svängning, som är invariant under tidsomvändning. När kopplingsstyrkan når en tröskel, systemet blir instabilt mot parproduktionsprocessen (förintelse), och excitationsnumret för kavitetsläget och atomerna kommer att öka (minska) med tiden, vilket leder till att spontan T-symmetri bryts. "Den kritiska punkten mellan den T-symmetriska och T-symmetribrutna fasen har visat sig vara en EP.
Demonstration av T-symmetri brytning i egenmod dynamiken. Upphovsman:© Science China Press
"För att demonstrera existensen av EP, vi visade beroende av egenfrekvenser såväl som egenmode på avstämning av kavitet-atom, och vi fann att de sammanfaller vid den kritiska punkten, och bevisade således att det var en EP, "sa Pai Peng, en tidigare kandidatexamen i Prof. Xiaos grupp och nu en doktorsexamen vid Massachusetts Institute of Technology. Dessutom, på grund av EP:s enastående topologi, dynamiken i närheten av EP:n är robust.
"Efter att ha omringat en hel slinga runt EP, det slutliga tillståndet beror bara på slingans riktning men inte dess form, och därmed är resultatet topologiskt skyddat, "sa Qi-Tao Cao, en doktorsexamen vid Peking University.
"EP -skivor studerades tidigare uteslutande i öppna system. Demonstrationen av EP i det nuvarande systemet vidgar förståelsen för SSB och singulariteter i fysik, "sade professor Xiao." Förutom dess grundläggande intresse, spontan T-symmetri bryter utan vinst eller förlust ger också en ny plattform för olika applikationer, såsom avkänning och kvantinformationsbehandling. "
