Ett samarbetande forskarlag har rapporterat experimentella bevis på en övergång från ergodisk till ergodisk brytningsdynamik i drivna dissipativa Rydberg-atomgaser. Resultaten publicerades i Science Advances.
Många kroppssystem slappnar ofta av till ett jämviktstillstånd på grund av ergodicitet, så att en observerbar blir invariant med tiden. I fallet med robust jämvikt söker det observerbara snabbt nya fasta punkter i fasrummet. Det finns dock undantag, till exempel i integrerbara och många kroppslokaliserade system, där trasig ergodicitet kan hämma systemets jämvikt och termalisering.
Studiet av ergodisk brytning är lärorikt för marknadskollaps och återhämtning inom finans, hjärnepilepsi i neurala nätverk och tidig varning om kritiska språng i komplexa system. Rydberg-atomer med långväga interaktioner fungerar som idealiska mångakroppssystem för att studera icke-ergodisk mångakroppsdynamik. I ett system av drivna dissipativa Rydberg-atomer kommer systemet att ha en långtidsfasoscillation som inte är jämvikt på grund av aggregationen av Rydberg-atomer.
Forskarna fick den experimentella observationen av den icke-ergodiska mångkroppsdynamiken i en gas av starkt interagerande Rydberg-atomer genom två fotonexcitation av Rydberg-atomer vid rumstemperatur, som påverkas av en kombination av laserkoherent drivkraft, Rydberg-atominteraktioner och dissipation. .
Genom att ställa in laserparametrarna observerade forskarteamen en fasövergång utan jämvikt där en förgrening mellan den ergodiska och svagt icke-ergodiska fasen inträffade. Atomerna i den ergotiska fasen var jämnt fördelade, medan antalet Rydberg-tillståndspartiklar i den svagt icke-ergotiska fasen visade icke-triviala svängningar.
Forskarna fångade också långvariga kollektiva svängningar med många kroppar i storleksordningen millisekunder, som vida överstiger tidsskalan för den associerade förlusten. I enlighet med forskarnas analys berodde denna ergodiska brytning på aggregeringen av starkt interagerande Rydberg-atomer i det fria utrymmet.
Rydbergs många kroppssystem är av stor betydelse för att undersöka ergodicitetsbrytande dynamik och icke-jämviktsfasövergång. Detta arbete har belyst ergodiciteten hos komplex materia och icke-jämviktsfenomen, och avslöjat sambandet mellan försvinnandet och ergodiciteten.
Teamen leddes av Guangcan Guo, under ledning av professor Baosen Shi och professor Dongsheng Ding från University of Science and Technology of China (USTC) vid Chinese Academy of Science, med samarbete från University of Nottingham, East China Normal University och Durham University.
Mer information: Dongsheng Ding et al, Ergodicitet som bryter från Rydberg-kluster i ett driven-dissipativt många kroppssystem, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5893
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina
