image: 图1：a，系统参数的改变曲线，系统最终该变量只和终点相关，和历史路径无关。b，非平衡态下观测量和平衡态时的差异和系统参数的改变速率成正比。 view more
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近日，清华大学胡嘉仲团队和北京大学陈徐宗团队合作，利用清华大学翟荟等人提出的新动力学线性响应理论，在冷原子体系中观测到不同量子物态所对应的准粒子行为。
量子系统尤其是量子多体系统具有新奇的量子物态和丰富的量子关联性质。通过测量这些关联性质，人们可以探索各种量子物态的特性。通常，人们采用线性响应的手段去探测物质的电荷或者自旋能隙，以此标定不同的量子态。而量子多体关联的另一个重要方面是多体体系是否具有良好的准粒子激发谱，这也刻画了多体系统的激发性质和动力学行为，通常在这方面的测量手段或标定方法相对较欠缺。
在这项工作中，研究团队发现了一套新的方法用于探索量子多体系统的准粒子激发性质。在理论上，该工作提出了一套新的非绝热线性响应理论。该方法基于非绝热地改变系统的参数，并测量某个物理量在对应动力学非平衡态和平衡态下的差异（图1）。该理论指出，如果将这一差异按照参数变化的速率展开，在展开的线性阶，该差异不仅和参数改变的历史轨迹无关，而且可以揭示系统平衡态的量子多体关联性质。这就提供了一种探测多体关联的新手段。这种新型探测方法可用于探测量子物态是否具有良好的准粒子激发。
在实验上，该工作利用冷原子光晶格实验平台，通过以不同的速率来改变光晶格的势能深度，并观测准玻色子的动量分布，来验证上述理论。特别的，实验中应用了胡嘉仲团队和陈徐宗团队此前合作开发的新型测量方法（图2），可以更精准地测量该体系的准动量分别。利用这些优势，该实验精确验证了非绝热线性响应理论。该系统的另一个优势在于，同一个系统在不同光晶格深度下会表现出玻色超流、玻色莫特绝缘态和量子临界等不同的状态。利用这一体系，该工作实验标定了系统中不同物态所对应的不同的准粒子行为。
这一新的理论和实验结果共同发表在新一期的Science Bulletin上。北京大学梁力搏、中科大郑炜、清华大学姚睿骁为共同一作，北京大学陈徐宗、清华大学陈文兰、翟荟和胡嘉仲为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市卓越青年科学家计划和科学探索奖的支持。
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Science Bulletin