記者從中國科學技術大學獲悉, 該校郭光燦院士團隊周正威教授研究組在量子類比方面取得重要進展, 該團隊與美國萊斯大學, 加州大學聖迭戈分校, 中科院物理所合作, 提出了一種在冷原子系統中類比磁單極場的新方案, 從而為在冷原子系統中研究曲面上的量子霍爾效應及尋找新的奇異量子態提供了理論指導. 相關研究成果近日發表在《物理評論快報》上.
如何在冷原子系統中類比有效規範場, 從而實現中性原子的量子霍爾效應, 一直是超冷氣體量子類比中一個重要課題. 此前人們發現通過旋轉一團束縛的超冷量子氣體, 可以在中性原子中類比等效磁場, 有望在該系統中實現量子霍爾效應. 然而, 由於轉動所導致的離心力, 會使得原子團被拋離束縛勢阱, 很難觀測到所期望的物理效應.
鑒於此, 周正威等人提出了一種全新的在冷原子中類比量子霍爾效應的方案. 分析發現, 在多分量冷原子氣體中, 通過動力學調控現有的磁場強度, 可以在實空間中類比一個等效的磁單極場; 再利用當前實驗條件, 可以把冷原子團束縛到一個封閉的球面上.
這樣的一個球心為有效磁單極的球面, 是諾貝爾獎得主霍丹為理解分數量子霍爾效應而提出的. 然而, 儘管當前幾乎所有的大統一理論均預言了磁單極的存在, 在實驗上卻一直沒有觀測到磁單極存在的可信證據. 故此前認為, 霍丹的這一設想僅能作為一種求解問題的思路, 而難以在實驗上實現. 周正威, 周祥發等人巧妙地利用現有條件, 構造出等效的磁單極場, 從而克服了上述困難, 為在實驗平台上精確實現霍丹球面掃平了障礙.
