我率先在冷原子系統(tǒng)中模擬曲面量子霍爾效應(yīng)

原標(biāo)題：我率先在冷原子系統(tǒng)中模擬曲面量子霍爾效應(yīng)

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)周正威教授研究組在量子模擬方面取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)與美國(guó)萊斯大學(xué)、加州大學(xué)圣迭戈分校、中科院物理所合作，提出了一種在冷原子系統(tǒng)中模擬磁單極場(chǎng)的新方案，從而為在冷原子系統(tǒng)中研究曲面上的量子霍爾效應(yīng)及尋找新的奇異量子態(tài)提供了理論指導(dǎo)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

如何在冷原子系統(tǒng)中模擬有效規(guī)范場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)中性原子的量子霍爾效應(yīng)，一直是超冷氣體量子模擬中一個(gè)重要課題。此前人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)旋轉(zhuǎn)一團(tuán)束縛的超冷量子氣體，可以在中性原子中模擬等效磁場(chǎng)，有望在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)。然而，由于轉(zhuǎn)動(dòng)所導(dǎo)致的離心力，會(huì)使得原子團(tuán)被拋離束縛勢(shì)阱，很難觀測(cè)到所期望的物理效應(yīng)。

鑒于此，周正威等人提出了一種全新的在冷原子中模擬量子霍爾效應(yīng)的方案。分析發(fā)現(xiàn)，在多分量冷原子氣體中，通過(guò)動(dòng)力學(xué)調(diào)控現(xiàn)有的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以在實(shí)空間中模擬一個(gè)等效的磁單極場(chǎng)；再利用當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件，可以把冷原子團(tuán)束縛到一個(gè)封閉的球面上。

這樣的一個(gè)球心為有效磁單極的球面，是諾貝爾獎(jiǎng)得主霍丹為理解分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)而提出的。然而，盡管當(dāng)前幾乎所有的大統(tǒng)一理論均預(yù)言了磁單極的存在，在實(shí)驗(yàn)上卻一直沒(méi)有觀測(cè)到磁單極存在的可信證據(jù)。故此前認(rèn)為，霍丹的這一設(shè)想僅能作為一種求解問(wèn)題的思路，而難以在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)。周正威、周祥發(fā)等人巧妙地利用現(xiàn)有條件，構(gòu)造出等效的磁單極場(chǎng)，從而克服了上述困難，為在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上精確實(shí)現(xiàn)霍丹球面掃平了障礙。