皇家赌场hj883官网:我校在人工微结构物理与材料研究中取得突破

原标题:PRL导读-2018年121卷09期

原标题:PRL导读-2018年121卷08期

我校固体微结构物理国家重点实验室、现代工程与应用科学学院材料科学与工程系、人工微结构科学与技术协同创新中心的卢明辉、刘晓平和陈延峰教授课题组在人工微结构物理与材料的研究中取得突破,他们首次在理论上提出并在实验上实现了声拓扑绝缘体及其量子自旋霍尔效应。相关成果以“Acoustic
topological insulator and robust one-way sound
transport”为题于2016年8月29日发表于《自然•物理》 [C. He et al., Nature
Physics,doi:10.1038/nphys3867]。

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拓扑绝缘体是近些年来引起人们极大关注的热点,其电子能带结构的拓扑性质使其具有独特的输运特征:如体相绝缘而边界为金属态、自旋相关的电子单向传播、背散射抑制的鲁棒性等,这类材料可望在自旋电子学、热电以及量子信息领域获得应用。最近几年来,玻色子的拓扑态也引起了人们的极大关注,例如对于光子,人们相继提出了光量子霍尔效应、光自旋量子霍尔效应和光拓扑绝缘体等。而对于声子而言,如空气声,因为它是偏振为零的纵波,所以要想实现空气声的拓扑态的设计极为困难,原因是:1)空气声的传播通常与外加磁场无关,无法实现类似磁光光子晶体中的光拓扑态。迄今为止,仅有理论提出引入环形气流产生有效“规度场”来实现空气声的量子霍尔效应[X.
Ni et al., New J. of Phys. 17, 053016
]的设计,但由于动态调制带来的不稳定性和噪声使得其在实验上难于实现[Q.
Wang et al., Sci. Rep. 5, 10880
空气声是纵波,无法像光拓扑绝缘体那样利用其偏振特性构造一对满足赝时间反演对称的态[C.
He et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 113, 4924 ]。

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图-1
声拓扑绝缘体示意图。双重狄拉克点附近能带反转机制。投影能带和边界态。

我们本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨,根据PRL摘要和引言对本期所有文章进行中文导读。由于水平有限,不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能,欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方,共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后,会显示在文章下方,供后来浏览者参考。

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基于南京大学在人工微结构物理和材料(如声子晶体和光子晶体)方面研究的长期积累,该团队提出并在实验上验证了基于声子晶体偶然简并的双重狄拉克点附近能带反转构造声拓扑绝缘体的新机制。其基本原理是:在六角晶格声子晶体中,由于C6V对称性,使其具有两个二维不可约表示,它为构造四个简并的赝自旋态提供了基础。随着占空比的连续降低,可以实现布里渊区中心两个两重简并的能带从打开—闭合—再打开的过程。经历这个过程后,声子晶体能带实现了反转,从而实现了声的拓扑绝缘体。在这个机制中,利用两个偶然简并的Bloch态之间的杂化形成了纵声波的赝自旋向上和赝自旋向下,而C6V对称性可保证这对具有赝自旋的声子Bloch态满足类似费米子时间反演对称性。利用声拓扑绝缘体边界构成的拓扑边界态具有背散射抑制的能力,实验证明,在拓扑波导中加入空穴、无序和弯曲等缺陷,声波均可无背散射的通过,即具有声传播的鲁棒性,而常规波导则有强烈的反射。同时,他们巧妙地构造了一种“x”型的分路器模型[C.
He et al. Appl. Phys. Lett. 96, 111111
],使得赝自旋向上和赝自旋向下的声波具有完全不同的入口和出口通道,因而在空间上分离出向上和向下的两类声子。这一异质结构首次实现了在不需要激发和制备出单一声赝自旋(通常情况下很困难,特别是在不清楚自旋态状况的情况下)的情况下,验证并实现声的自旋量子霍尔效应的方案:即声赝自旋向下逆时针单向传播而自旋向下则顺时针单向传播。

普通物理:统计与量子物理

普通物理:统计与量子物理

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责编:艾清

导读:王子;责编:任捷

图-2 声拓扑和常规波导对比样品照片。拓扑波导透射谱。规波导透射谱。

一维非平衡量子系统的拓扑性质

受驱中心自旋模型中

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McGinley和Cooper研究了一维系统在幺正时间演化下的拓扑性质。作者证明由系统的初始波函数和哈密顿量所确定的对称性在含时波函数中可能并不会出现,他们称这种现象为“动力学诱导的对称性破缺”。这就导致了在非相互作用间隙拓扑相中淬火后有出现时变体积指数的可能性。相应的结果可以通过粒子输运测量实验来观测。参照纠缠谱,本文解释了对非相互作用费米子和受反幺正对称性保护的拓扑相,波函数的拓扑是如何偏离平衡的。(马宇翰)

Floquet共振导致的自旋极化

图-3 声自旋量子霍尔效应样品照片。声赝自旋-透射谱。声赝自旋+透射谱。

Topology of One-Dimensional Quantum
Systems Out of Equilibrium

绝热改变周期驱动的多体量子系统的驱动频率,可以引入时间平均哈密顿量的共振本征态之间的受控跃迁。这对应了Floquet谱的绝热跃迁,为量子多体控制提供了一般性工具。本文将中心自旋模型作为一个应用,说明了上述受控驱动过程如何在共振条件下导致了中心自旋和退相干环境之间基于极化的退耦合。尽管一般不可能得到受驱相互作用系统的精确Floquet哈密顿量,作者利用了中心自旋模型的可积性,说明了来自量子淬火问题的技术如何可以被用来在受限多体基矢和模型Floquet共振中直接构造Floquet哈密顿量。

这个工作的重要意义在于:1)首次提出并在实验上实现了声拓扑绝缘体,该模型结构简单、易于构造,可望应用于声传播调控和降噪隔声等领域;2)验证了一种利用人工带隙材料中偶然简并Bloch态,为自旋为0的玻色子构造具有满足费米子时间反演对称性的赝自旋态,从而实现玻色子拓扑绝缘体的新原理。3)提出并实现了一种利用量子自旋霍尔效应实现声学分路器的原型器件。

Max Mc Ginley and N. Cooper

Spin Polarization through Floquet Resonances in a Driven Central Spin
Model

何程博士是论文的第一作者,卢明辉、刘晓平和陈延峰教授为共同通讯作者。倪旭博士,博士研究生葛浩,孙晓晨以及陈延彬副教授参与了这个课题的研究。研究得到了科技部重大研究计划、国家自然科学基金委项目、中组部青年千人计划、江苏省杰出青年基金等项目的资助。

Phys. Rev. Lett.121, 090401 (2018)

Pieter W. Claeys, et al.

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

动力学晶格上的强关联玻色子

Phys. Rev. Lett. 121, 080401 (2018)

Cuadra等人研究了动力学晶格上由强关联玻色子组成的一维系统。为此,我们扩展了标准Bose-Hubbard模型的哈密顿量,以包含在晶格键上的额外自由度。作者们表明,这种最小模型展示出的现象与费米子-声子模型有关。特别地,作者们发现了Peierls跃迁的玻色子模拟,其中底层晶格的平移对称性是自发破缺的。这提供了在具有相互作用的情况下获得拓扑绝缘体的动力学机制,与电子的Su-Schrieffer-Heeger模型类似。本文数值的表征了系统的相图,展示了不同类型的键级波和拓扑孤子。最后,作者研究了使用原子系统实现该模型的可能性。(马宇翰)

用单电子自旋量子传感器对电子间

Strongly Correlated Bosons on a Dynamical
Lattice

自旋依赖的奇异相互作用施加限制

Daniel González-Cuadra, et al

通过金刚石单个NV色心,作者在微米尺度下建立了轴矢量调制的电子自旋之间的相互作用的新实验值边界。在激光的泵浦下,对三联苯掺杂的并五苯-d14单晶提供了极化电子自旋的源。通过对NV色心极化信号的测量,作者给出了10到900微米范围内对奇异电子耦合大小的限制。特别的,得到的500微米耦合的上界比之前一个实验所给出的,严格了一个数量级。本文的结果证明,NV色心可以作为有前景的平台,帮助人们探寻超出标准模型的理论所预言的新粒子。

Phys. Rev. Lett.121, 090402 (2018)

Constraints on a Spin-Dependent Exotic Interaction between Electrons
with Single Electron Spin Quantum Sensors

通过模式选择光子测量的

Xing Rong, Man Jiao, et al.

量子限制时频估计

Phys. Rev. Lett. 121, 080402 (2018)

通过投影到复杂的光学模式轮廓上,可以用量子极限的精度估计任意小的物体之间的间隔,而不会由于重叠的强度轮廓而产生不确定性。在本文中,使用整形超快脉冲的模式选择的和频率产生,Donohue等人将这些技术扩展到时频域。作者在实验上解决了对比其光波段带宽小十倍的单光子能级信号非相干混合的时间和光谱分离,其精度比Cramér-Rao界限提高了十倍。(马宇翰)

利用由高红移类星体构成的

Quantum-Limited Time-Frequency Estimation
through Mode-Selective Photon Measurement

随机测量装置的宇宙Bell实验

J. M. Donohue, V. Ansari, et al

[编辑推荐语]两个组已经在宇宙尺度上排除了局域实在论,其中一个组使用恒星,去除了观测漏洞,另一个组使用了遥远的类星体。

Phys. Rev. Lett.121, 090501 (2018)

本文给出关于极化纠缠光子的宇宙Bell实验。其中,测量装置在实时间测量了来自高红移类星体的,已经传播了几十亿年的光子的波长。该实验同时保证了局域性。假设所有被探测光子公平取样,并且类星体光子波长没有在发射和探测之间被选择性地改变或者预先查看,作者观测到统计上明显违背Bell不等式的有9.3个标准偏差,这对应着估算出的p值≲7.4
×
10−21。这项实验将最近一次可能观察到局域实在性利用“自由选择”漏洞导致Bell不等式违背的时间倒推到了至少78亿年之前。也就是说,该实验从实验中过去光锥(从宇宙大爆炸到现在)的96%的时空体积中排除了上述事件。

随机热力学中的反正弦定律

Cosmic Bell Test Using Random Measurement Settings from High-Redshift
Quasars

Barato等人证明了热力学流超过其平均值所花费的时间比例遵循反正弦定律,这是Lévy在研究布朗运动时所获得的著名结果。在平均线以上或以下有长条纹的随机流比那些在平均线以上或以下花费相似时间比例的随机流更有可能发生。布朗卡诺热机给出的实验数据证实了作者们的理论预言。作者还推测与流相关的另外两个随机时间服从反正弦定律:流达到其最大值的时间和流最后一次超过其平均值的时间。这些结果特别适用于分子马达、量子点和胶体系统。(马宇翰)

Dominik Rauch, et al.

Arcsine Laws in Stochastic
Thermodynamics

Phys. Rev. Lett. 121, 080403 (2018)

Andre C. Barato, et al

不含探测和局域漏洞的

Phys. Rev. Lett.121, 090601 (2018)

对过去局域实在论的检验

超导量子比特中能量弛豫时间的涨落

[编辑推荐语]两个组已经在宇宙尺度上排除了局域实在论,其中一个组使用恒星,去除了观测漏洞,另一个组使用了遥远的类星体。

超导量子比特是用于实现量子计算的一个有吸引力的平台,鉴于它们已经实现了高保真量子门、并展示了对适度系统尺寸的可扩展性。然而,由于超导量子比特的能量弛豫时间在频率和时间上可能产生不可预测的波动,稳定它们的能量弛豫时间是一个突出的挑战。在本文中,Klimov等人使用量子比特作为光谱和时间探针来探测单个二能级系统的缺陷,以提供它们是最大涨落来源的直接证据。本研究为校准、设计和制造有稳定性能的量子比特奠定了基础。(马宇翰)

受启发于最近实验上测试局域实在论的出色进展,本文报道了一个实现相距183m的效率大于78%的纠缠光子对试验。进一步利用处在天空中相对位置的恒星所发出的宇宙光子的随机性,本文不仅同时去除了局域性和探测漏洞,也测试了对发生在11年前事件局域隐变量机制的零假设(比先前的实验多了13个数量级)。在考虑了测量装置内存在的偏差之后,作者得到了p值的一个上界为7.87
×
10−4,这明显以高可靠性排除了可能的局域隐变量模型。人们可以使用大口径望远镜,利用类星体发出光子的随机性,对局域隐变量机理的时间限制进一步往宇宙历史中推进。

Fluctuations of Energy-Relaxation Times
in Superconducting Qubits

Test of Local Realism into the Past without Detection and Locality
Loopholes

P. V. Klimov etal.

Ming-Han Li, Cheng Wu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090502
(2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 080404 (2018)

动力学大偏差的反常标度

受囚禁一维玻色气体中两杂质的合并

在稳态下驱动的非平衡过程中,对可观测量的时间积分的典型值和涨落可以用大偏差函数表征,这将熵和自由能推广到了非平衡系统。这些函数的定义涉及一个与热力学极限相似的尺度极限。在不考虑长程关联的情况下,其中的积分时间τ是呈线性形式。除非考虑的过程具有长程关联时,τ通常被替换为τξ,其中ξ≠1。在本文中,Nickelsen和Touchette证明了在没有长程相关性的情况下,在简单如郎之万方程所描述的马可夫过程中,这种大偏差中关于时间的反常幂律标度也可能出现。作者使用路径积分来描述这种标度背后的机制,并讨论它在更一般过程中的物理结果。(马宇翰)

本文研究了含有两个可移动杂质粒子的一维囚禁玻色气体的基态。为了研究该体系,作者发展了一种变分过程,其中,杂质粒子的坐标作为慢变量。作者利用小系统中获得的精确结果,证实了上述方法的可靠性。接着,作者讨论了由约百个原子组成系统中的能量和对密度。作者证明非相互作用玻色杂质会聚团。为了解释聚团现象,作者计算并且讨论了简谐势阱中杂质-杂质之间的势场。另外,作者计算了环中静止杂质之间的力(以Casimir力的形式),并且对比了两种等效势场的差异:一个通过平均场近似得到,另一个来源于单声子交换。本文中的研究方式和发现对于超出极化子模型来理解具有多杂质的现代一维冷原子系统具有重要作用。

Anomalous Scaling of Dynamical Large
Deviations

Coalescence of Two Impurities in a Trapped One-dimensional Bose Gas

D. Nickelsen and Hugo Touchette

A. S. Dehkharghani, et al.

Phys. Rev. Lett.121, 090602 (2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 080405 (2018)

长程相互作用的量子自旋链中的准粒子

量子多体系统中对测量的基本限制

Vanderstraeten等人用变分矩阵乘积态技术研究了带有长程相互作用的量子自旋链中的准粒子。可以证明,即使当关联长度变得很大以及在拓扑非平凡的情况下,如自旋子,局域准粒子假设也可以非常精确地捕捉到这些元激发。并且由他们的研究表明,Lieb-Robinson限制的破缺是由色散关系中尖点的出现而产生。当长程相互作用可调时,出现的不同准粒子的交叉就是证据。(刘宁)

动力学测量方案在量子多体系统中是一个重要的工具,尤其是对量子模拟的时代来说。文中,作者解决了以下问题:如果已有一组特定实验可实现的测量方法并且可以将它在时间演化中扩展,那么一般性的测量是否可以被有效实施?对于含有时间演化的问题,文中考虑了两种情形:(a)依据酉回路的演化和(b)由可含时控制的哈密顿量产生的演化。作者发现,为了达到提前设定的精度,特定测量所需的时间一般随系统尺寸以指数增长——这是一个基本的限制。对以上结论的论证依据:在具有相同谱的可观测量流形上构造“ε-填充”并且将它们的基数和量子回路中“ε覆盖”以及酉时间演化算符的基数相比较。前者与Grassman流形的研究相关。

Quasiparticles in Quantum Spin Chains
with Long-Range Interactions

Fundamental Limitations for Measurements in Quantum Many-Body Systems

Laurens Vanderstraeten, et al.

Thomas Barthel and Jianfeng Lu

Phys. Rev. Lett. 121, 090603
(2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 080406(2018)

在一维强关联原子气体中

不可逆动力学映射的量子马尔科夫性的

约瑟夫森振动的阻尼

可分性和信息流的概念

Polo等人研究了两个被局域化势垒分离的一维强关联玻色子云的约瑟夫森振动。在不可穿透玻色子极限(impenetrable-bosonlimit)下,使用量子郎之万方法和精确Tonks-Girardeau解,他们确定了粒子数不平衡的动力学演化,并且表明了约瑟夫森振动中的有效阻尼由势垒高度、相互作用强度和温度决定。他们证明了来源于量子涨落和热涨落的阻尼必然会在强关联气体中出现。由于此模型的密度相的对偶性,同样的结果可以用在弱势垒耦合不同角动量态的一维环中的粒子流振动。(刘宁)

作者分析了任意(不一定可逆)动力学映射中完全正(CP)可分性和无信息回流之间的关系。众所周知的是:CP可分性总表明无信息回流。另外,这两个概念在可逆映射中完全等价。文中证明,在不可逆映射中无信息回流总表明完全正传播子的存在,而该传播子不一定是保持迹(trace)不变的。有趣的是,对于很大一类保持像(image)非增的动力学映射,传播子是保持迹不变的,因而无信息回流表明了CP可分性。这个新的结果进一步揭示了产生CP可分演化的时间局域产生子的结构。作者证明,若映射是不可逆的,耗散/退相干的正定性对于CP可分性来说不再是必要条件。

Damping of Josephson Oscillations in
Strongly Correlated One-Dimensional Atomic Gases

Divisibility and Information Flow Notions of Quantum Markovianity for
Noninvertible Dynamical Maps

J. Polo, V. Ahufinger, et al.

Dariusz Chruściński, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090404
(2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 080407 (2018)

在量子交换器中的不确定因果顺序

实验中异色多光子的时间分辨干涉

量子力学允许拥有不确定因果顺序的事件发生:这可以由测量一个因果目击者来证实,就像纠缠目击者证实纠缠时那样相同的方式。在这篇文章里,Goswami等人制造了一个光量子交换器,两个算符可以出现在它们两个可能顺序的量子叠加中。这两个算符是在光子的横向空间模式上;极化相干地控制它们的顺序。他们的方案确保了算符不能被空间和时间部分所区分——这允许在目标设备上进行量子d特(quidt)的编码。并且通过构建因果目击者以及测量它的值,这个值超出确定顺序界限的18个标准偏差,来证实了在其量子交换器中没有确定的因果顺序。(刘宁)

借助线性光学网络实现的多光子干涉给量子力学基础,量子计量学以及量子计算等领域带来了意义深远的应用。特别的,即便对于最强大的经典计算机,仅具有一般数目光子的玻色采样实验就已难以处理。将小尺度实验按比例扩大需要高度不可区分的单光子,而这在很多物理系统中都可能无法实现。本文作者报道了一个时间分辨的多光子干涉实验,其中光子来自三个原子系综的量子存储器,并且在频率谱上不相互重叠。时间分辨的测量使人们可以观测非经典多光子关联绘景(correlation
landscape),其结果和理论计算符合得很好。关联绘景中的对称性可以反映光学网络的对称性。文中的实验可以进一步被扩展,来实现对多光子和多模式系统的玻色采样,提供了通向非全同光子的量子霸权的道路。

Indefinite Causal Order in a Quantum
Switch

Experimental Time-Resolved Interference with Multiple Photons of
Different Colors

K. Goswami, et al.

Xu-Jie Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090503
(2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 080501 (2018)

在模拟玻色子和费米子三重系统中

二项式自旋玻璃

粒子统计的一一对应

为了给关于离散和连续耦合分布的研究一个统一的框架,作者引入了二项式自旋玻璃的概念。这类模型中,耦合强度是m个同分布的Bernoulli随机变量之和。在m→∞的连续极限下,该模型退化到高斯耦合的情形,而m=1对应着±J自旋玻璃。作者说明了,对于d维超立方晶格上的短程Ising模型,N个自旋的基态熵密度具有上界(√d/2m+1/N)ln2,并且实际上熵的标度行为和上界的标度行为一致。作者因而揭示了热力学极限和连续耦合极限的不可交换性——取极限的方式决定了是否有简并。对缺陷能量的准确计算给出了一个转变特征尺度L*(m)~Lκ,在该长度以下二项式自旋玻璃和高斯系统不可区分。因为κ=-1/(2θ),(θ是自旋刚度指数),对有限温度的自旋玻璃态系统,离散性耦合在大尺度下变得无关紧要。

在量子世界中,关联可以表现为纠缠的形式,被称为一一对应。在这篇文章里,Karczewski等人展示了另外一种类型的关联,不可分辨性也被一些一一对应的形式所限制。也就是说,如果粒子A和B模拟的是玻色子,那么粒子A和C则不能很好地模拟费米子。他们得出的主要结果在于演示了这种可能有多大程度。(刘宁)

Binomial Spin Glass

Monogamy of Particle Statistics in
Tripartite Systems Simulating Bosons and Fermions

Mohammad-Sadegh Vaezi, et al.

Marcin Karczewski, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 080601 (2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 090403
(2018)

热-功转化的热力学限制

引力与天体物理

在由散射理论描述的系统中,存在有一个低于卡诺效率的上界,它限制了在给定输出功率的稳恒态下,热到功转化的效率。作者证明了,相互作用系统可以突破上述限制并且在热力学极限下饱和,以至于倾向线性响应极限。这个结论来源于:相互作用系统在热力学极限下,不用delta函数形式的能量过滤,就具有可以达到卡诺效率的可能性,因而不用大幅减小功率就可以实现高效率。

导读:郭敏勇;责编:高思杰

Thermodynamic Bound on Heat-to-Power Conversion

宇宙射线对超新星残骸演化

Rongxiang Luo, et al.

和动量淀积的影响

Phys. Rev. Lett. 121, 080602 (2018)

使用薄球壳近似的半解析方法,作者计算了超新星残骸(SNR)的长程演化,同时也解释了在爆炸波中宇宙射线(CRs)被加速原因。他们的方法重复出了使用最先进流体模拟方法对只含有气体的绝热辐射阶段模拟得到的结果,并且预测典型的宇宙射线加速效率可以将SNR动量沉积提高2-3倍。在气体会发生更严重的辐射损失的环境中,这种增强可以增大到一个数量级。这一结果可能对建立超新星反馈对恒星形成和星系演化的模型具有重要影响。

引力与天体物理

Effect of Cosmic Rays on the Evolution and Momentum Deposition of
Supernova Remnants

导读:郭敏勇;责编:高思杰

R. Diesing and D. Caprioli

利用Gaia约束薄暗物质盘

Phys. Rev. Lett. 121, 091101 (2018)

如果暗物质的组成部分带有耗散的相互作用,在银河系中它可能会坍缩形成一个与重子盘共面的薄暗盘。有人提出暗盘可以解释包括周期性的彗星撞击等各种可观察现象。使用Gaia空间天文台发布的第一批数据,作者通过研究对恒星运动学的影响,在银河系中寻找暗盘。他们给出的新的限制不支持暗盘的存在,并且,他们还展示了对太阳邻域总物质密度的新的测量。

用GW170817观测探究中子星

Constraining a Thin Dark Matter Disk with Gaia

的潮汐形变和半径

Katelin Schutz, et al.

在本文中,作者使用双中子星合并产生的GW170817的引力波来研究中子星的潮汐形变和半径。他们借助电磁观测确定源位置和距离从而进行贝叶斯参数估计。他们还假定两颗中子星具有相同的状态方程,同时他们证明,对于质量可与产生GW170817的双中子星中之一质量相当的恒星,如果假设恒星的无量纲潮汐形变由双星系统质量比q,决定Λ1/Λ2=q6,可以有效地实现这一点。他们研究了已知的多种中子星组分质量比的情况。他们发现,对于均匀组成情况,在90%的置信区间上,潮汐形变为222+420-138,对于通过无线电观测得到的银河双中子星的质量组分情况,潮汐形变为245+453-151,对于由射电脉冲星得道的质量组分情况,潮汐形变为233+448-144。他们发现了对所有已知质量组分的双中子星常见区域半径8.9
≤R ≤13.2
km(平均值R=10.8公里)的可信测量。他们的结果是在恒星状态方程的物理约束下对潮汐形变的首次测量,并且利用引力波对中子星的形变和半径给出了下限。

Phys. Rev. Lett. 121, 081101 (2018)

Tidal Deformabilities and Radii of
Neutron Stars from the Observation of GW170817

对早期宇宙中keV-TeV暗物质

Soumi De, et al.

与质子散射的约束

Phys. Rev.
Lett. 121, 091102(2018)

本文作者提出了对早期宇宙中带有质子的暗物质散射的第一个宇宙学约束,适用于质量范围为1
keV到1
TeV之间的所有暗物质。这个约束来自于对宇宙微波背景(CMB)温度、偏振各向异性以及CMB透镜各向异性的普朗克测量。它将以前的CMB约束提高了许多个数量级,可以获得极限,填补了低质量暗物质候选者的观测空白。他们专注于两个正则相互作用绘景:自旋无关和速度不依赖的自旋相关散射。他们的结果(95%的置信度)对质量1keV-1Tev的暗物质,排除了一些与自旋无关的情况。最后,他们讨论了这项研究对暗物质物理学和未来观测的意义。

有效场论强耦合机制中的单值暴胀

Constraints on Scattering of keV–TeV Dark Matter with Protons in the
Early Universe

在本文中,作者针对一般的单场通量单值模型提出了一个简单的有效理论框架,对于大场值的强耦合效应可以使势能平坦化并激活更高阶导数的算符。这两种效果都可以压制张量振幅。这些模型都具有辐射和非微扰稳定性,可以维持≳60
e的暴胀。其动力学结合了大场混沌暴胀和k暴胀的特征。将张量-标量比降低到观测界限r≲0.1以下,或者将标量光谱指数ns保持在实验范围内,都可以产生等边非高斯性feqNL≃O(1),
接近当前的观测界限,或者给出非常小的r。

Vera Gluscevic and K. Boddy

Monodromy Inflation in the
StrongCoupling Regime of the Effective Field Theory

Phys. Rev. Lett. 121, 081301 (2018)

G. D’Amico, et al.

无边界态的阻尼扰动

Phys. Rev. Lett. 121, 091301(2018)

本文作者在具有两个尺度因子的Bianchi
IX型微型超空间中精确地计算了无边界路径积分。在该模型中,无边界的方案可以通过要求一个尺度因子初始为0,以及对第二个尺度因子的共轭动量选择一个巧妙的规范条件一起来实现。考虑到扰动的非线性反作用,他们重复出了原始半经典无边界方案的预测。特别地,他们发现大的扰动会受到强烈的阻尼,与真空态波函数一致。

基本粒子与场论

Damped Perturbations in the No-Boundary State

责编:晁伟、刘晓辉

J. Diaz Dorronsoro, et al.

标准模型费米子和无限维R对称

Phys. Rev. Lett. 121, 081302(2018)

作者在之前的工作中向人们展示了如何修补由盖尔曼提出的一个方案,该方案将N=8超引力的48个自旋-12的费米子与N=8超对称完全破缺后的标准模型的3×16个夸克和轻子对应起来。在本文中,作者进一步拓展了该方案,考虑了完整的SU(3)c×SU(2)w×U(1)Y对称,也额外引入了SU(3)f对称。该方案特别依赖于一种将N=8超引力的SU(8)
R对称嵌入猜测为最大对偶E10对称的(无限维)“最大紧致”子群K(E10)的方法。作为一个副产品,该方案预言了分数电荷和强相互作用的带质量引力子。该方案还指出了E10和K(E10)如何能够超过超对称成为大统一的指导原理。

圈量子宇宙带来的

Standard Model Fermions and Infinite-Dimensional R Symmetries

量子宇宙学德西特时代

K. Meissner and H. Nicolai

文章在圈量子宇宙学的框架下重新审视了大爆炸的量子本质。哈密顿量正则化的严格应用,最初是为了圈量子引力中的哈密顿量而发展来的,导致了对反弹范式的定性修正。量子引力效应依旧会将量子反弹与确定性的经典宇宙连接起来。然而,演化的结果发现是德西特宇宙纪元的到来,并且伴随着一个普朗克量级的新兴的宇宙学常数,从而平稳地过渡为空间平坦的膨胀宇宙。

Phys. Rev. Lett. 121, 091601 (2018)

Emergent de Sitter Epoch of the Quantum Cosmos from Loop Quantum
Cosmology

测量D0 → π+π−μ+μ−D0 → K+K−μ+ μ–

Mehdi Assanioussi, et al.

衰变中的角和CP反对称

Phys. Rev. Lett. 121, 081303(2018)

本文报道了D0→ π+π−μ+μ−和D0→
K+K−μ+μ–衰变中双μ子对的向前向后反对称(AFB),三重产生反对称(A2ϕ)以及电荷-宇称-共轭反对称(ACP)的首次测量。这些测量使用了从2011到2016年间LHCb实验采集的质子质子对撞数据,这些数据对应于5fb-1积分亮度。这些测得的反对称为AFB(D0→π+π−μ+μ−)=(3.3±3.7±0.6)%,
A2ϕ(D0→π+π−μ+μ−)=(−0.6±3.7±0.6)%, ACP(D0→π+π−μ+μ−)=(4.9±3.8±0.7)%,
AFB(D0→K+K−μ+μ−)=(0±11±2)%, A2ϕ(D0→K+K−μ+μ−)=(9±11±1)%,
ACP(D0→K+K−μ+μ−)=(0±11±2)%,这里第一个不确定度是统计误差第二个为系统误差。本文还测量了作为双μ子对质量函数的反对称。测量结果和标准模型预言相一致。

高阈值区域的关联函数及其在原初黑洞

Measurement of Angular and CP Asymmetries in D0→ π+π−μ+μ−and D0→
K+K−μ+μ– Decays

初始小尺度聚类的应用

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

LIGO首次直接观测到双黑洞的合并之后,原初黑洞(PBHs)再次成为人们关注的焦点。人们对PBH在形成时聚集程度的性质还缺少了解。这个性质对早期宇宙时原初黑洞合并的有效性以及观测约束有重要意义。在这项工作中,作者研究了早期宇宙中大密度涨落引力坍塌形成的PBH的初始聚类。他们给出了一个简单而一般的论证,表明在这种情况下,不应出现在非常小的尺度上,超出随机泊松分布的聚类。他们在假设潜在密度场是高斯分布的情况下,明确地解释了这个结果。此外,他们得到一个新的解析表达式,用于计算高阈值波动的两点关联函数,将以前的结果推广到任意间隔,而且比PBH聚类具有更多的意义。

Phys. Rev. Lett. 121, 091801 (2018)

Correlation Function of High-Threshold Regions and Application to the
Initial Small-Scale Clustering of Primordial Black Holes

使用自旋交换无弛豫时间的磁力计

Yacine Ali-Haïmoud

在轴子质量为亚MeV范围对奇异自旋

Phys. Rev. Lett. 121, 081304(2018)

和速度依赖的相互作用的实验限制

对于有无非重子冷暗物质宇宙学高红移

作者使用高灵敏自旋交换无弛豫时间(SERF)磁力计来搜索极化电子奇异的自旋和速度依赖的相互作用,磁力计用来提供极化电子和磁场探测器。本实验旨在灵敏地探测在SERF蒸汽单元中的极化电子与固态质量中的非极化核子间的奇异相互作用的类磁场效应。作者报道了实验对轴子质量<10-3eV的耦合常数的限制为10-19。

21厘米吸收信号的平均深度的预测

Experimental Constraint on an Exotic Spin- and Velocity-Dependent
Interaction in the Sub-meV Range of Axion Mass with a Spin-Exchange
Relaxation-Free Magnetometer

本文作者对有和没有非重子冷暗物质的两种宇宙学模型,其高红移时21厘米吸收信号的预期做了分析。由于暗物质的存在,早期宇宙的膨胀速度降低很快,如果没有暗物质的话,速度趋势大致是滑行。当吸收达到预期时,这导致整个时期中具有不同的路径长度,结果是,在没有暗物质的情况下,预期吸收前面应该有一个大于2的因子。对这种信号的观测可能会促使人们拓展引力理论以代替暗物质模型。

Young Jin Kim, et.al.

Predictions for the Sky-Averaged Depth of the 21 cm Absorption Signal at
High Redshift in Cosmologies with and without Nonbaryonic Cold Dark
Matter

Phys. Rev. Lett. 121, 091802 (2018)

Stacy S. Mc Gaugh

使用ATLAS探测器测量13TeV

Phys. Rev. Lett. 121, 081305(2018)

质子-质子对撞下的Soft-Drop喷注质量

暴胀时期声速共振的原初黑洞

喷注亚结构观测量显著地延展了大型强子对撞机搜索超出标准模型物理的项目。理论计算提供了许多第一性原理的工具但是至今为止还没有实验与超过领头对数的理论结果的比较。这类比较对于探测强子对撞机尚未探测过的QCD共线区域以及理解在LHC广泛应用的喷注亚结构的性质有着重要的效果。本文报道了第一个在强子对撞机上的喷注亚结构的测量,这些亚结构观测量也被理论计算到了次次领头对数的精度。实验测量了以log10ρ2为函数的归一化的微分散射截面,这里ρ是soft-drop修剪过后的喷注质量与未修剪的喷注横动量的比值。该物理量的测量使用了由ATLAS探测器采集的13TeV,
32.9fb-1质子质子对撞中产生的双喷注数据。

文章报道了由具有振荡行为的声速参数引起的原初密度扰动,带来的共振效应的新现象,其可以一般地导致在早期宇宙中形成原初黑洞。对于一般的暴胀场,它能引起原初密度涨落,并且其传播由声速的平方这个参数控制。一旦这个参数在暴胀期间表现出震荡行为,在临界长度尺寸附近,暴胀场涨落会发生明显的共振效应,这导致原初功率谱中出现明显峰值。凭借这种强大的机制,对于很大参数范围内的暗物质来说,会有足够的丰度可以产生带有特定质量函数的原初黑洞。

Measurement of the Soft-Drop Jet Mass in p p Collisions at √s = 13 TeV
with the ATLAS Detector

Primordial Black Holes from Sound Speed Resonance during Inflation

M. Aaboud et al. (The ATLAS Collaboration)

Yi-Fu Cai, Xi Tong and et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 092001 (2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 081306(2018)

χb1(3P)和χb2(3P)的观测及其质量的测量

皇家赌场hj883官网,使用DarkSide-50实验寻找低质量暗物质

本文使用由CMS采集的质子质子事例样本,通过ϒ(3S)γ衰变观测到了χb1(3P)和χb2(3P)态。数据是在质心能量为13TeV积分亮度为80fb-1采集的。ϒ(3S)介子通过双μ子衰变道来确认,而低能光子通过在硅示踪器中转化成为正负电子对来探测,由此也导致了χb2(3P)的质量分辨率为2.2MeV。这是首次J=1和2的态被很好地分辨并且他们的质量分别被测量:10513.42±0.41(统计)±0.18(系统)
MeV 以及10524.02±0.57(统计)±0.18(系统)
MeV,他们由比较ϒ(3S)的质量的世界平均值来确定,该平均值的误差为0.5MeV。实验测得的质量劈裂为10.60±0.64(统计)±0.17(系统)
MeV。

本文作者展示了他们使用6786.0kg
d曝光的低放射性氩做靶,对质量低于20GeV/c2的弱相互作用的暗物质寻找的结果。数据来自于Laboratori
Nazionalidel Gran
Sasso的DarkSide-50设备。分析基于电离信号,对于这种信号,在0.1
keVee下,DarkSide-50时间投射电离室完全可以有效工作。在0.5keVee下,检测器中观察到的速率约为1.5
event/keVee/kg/d,几乎完全可以由已知的背景源来解释。对于自旋无关的弱相互作用带质量的暗物质的横截面,在核子上,他们在1.8GeV/c2以上,得到了一个90%
C.L.
的排除极限,并且,在1.8-6GeV/c2的范围内,将暗物质的排除区域扩展到以往的限制以下。

Observation of the χb1(3P) and χb2(3P) and Measurement of their Masses

Low-Mass Dark Matter Search with the Dark Side-50 Experiment

A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Dark Side Collaboration

Phys. Rev. Lett. 121, 092002 (2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 081307(2018)

测量Ω0c强子的寿命

基本粒子与场论

本文报道了使用LHCb收集的质心质量为7,8TeV,积分亮度为3fb-1的质子-质子对撞产生的数据获得的Ω0c的寿命的测量。样本包含了大约1000个Ωb−→Ωc0μ−ν¯μX的信号衰变事例。这里Ωc0强子由pK−K−π+末态来确定而X代表衰变过程中一切没有被探测的粒子。实验测得的Ω0c的寿命为268±24±10±2fs。这里的误差分别为统计误差,系统误差以及由D+寿命的不确定度带来的误差。测得的数值近乎于当前世界平均值的四倍,与当前的世界平均值不一致。

责编:晁伟、刘晓辉

Measurement of the Ω0c Baryon Lifetime

无质量平面理论中

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

散射振幅的全部圈极点

Phys. Rev. Lett. 121, 092003 (2018)

在无质量量子场论中,朗道方程在类似于电路理论中的图操作下是不变的。利用关于平面电路的Y-Δ可还原性的定理,作者证明了在任何无质量平面理论中,在任何有限圈级别,n粒子散射振幅的第一类朗道奇点的集合是特定n-粒子⌊(n−2)2/4⌋“ziggurat”圈图的子集。作者确定了n=6的奇点轨迹,并发现它对应于超对称理论里六边形自举中符号字母的消失。作者深入讨论了其在超对称理论中的进一步含义。

原子核物理

All-Loop Singularities of Scattering Amplitudes in Massless Planar
Theories

责编:耿立升

Igor Prlina, et al.

通过A(e, e′pp) 反应研究

Phys. Rev. Lett. 121, 081601(2018)

短程关联核子对的质心运动

利用13TeV的ATLAS探测器

短程关联(SRC)核子对是原子核组成非常重要的部分,包含了几乎所有动量高于费米动量(kF)的核子。与费米动量kF相比,短程关联对的相对动量很大,质心动量更小,这表明核子对中的核子彼此间距很小。确定短程关联对的质心动量分布对于理解关联对的形成过程至关重要。在本文中,CLAS合作组的Cohen等人从A(e,
e′pp) 反应的测量中提取了碳原子核中的质子质子短程关联对的质心运动,并首次提取了更重的、质量数不对称的铝,铁以及铅中的质子质子短程关联对的质心运动。他们发现这些原子核的关联对质心运动可以通过一个窄宽度的三维高斯分布描述,高斯展宽的范围从140到170MeV/c,该数值和两个处于平均场中核子的动量之和近似一致。提取的数据和理论计算结果的比较表明短程关联核子可以认为是由平均场中处于特定量子态的两个核子形成的。(王亚坤)

搜索低质量Dijet共振态

Center of Mass Motion of Short-Range
Correlated Nucleon Pairs studied via the A(e,e’pp) Reaction

大型强子对撞机上的ATLAS探测器对亚TeV质量的dijet共振态的探索可以被适用于单举单-jet触发的带宽在统计上做出限制,其低横动量的数据采集率远远低于标准模型中的多jet产生。该文章讨论了dijet的最新搜索结果,其通过仅仅记录喷射触发算法给出的事件信息来克服该限制,从而允许更高的事例率并减少存储需求。此次搜索针对400-1800
GeV范围内的低质量dijet共振态。分析的数据亮度为29.3 fb-1,质心能为13
TeV。没有发现超出事例,限制是根据新粒子模型和与标准模型夸克有轴矢量耦合的暗物质模型的对dijet质量分布的高斯型的贡献而做出的。

E. O. Cohen et al.

Search for Low-Mass Dijet Resonances Using Trigger-Level Jets with the
ATLAS Detector in pp Collisions at √s=13TeV

Phys. Rev. Lett.121, 092501 (2018)

M. Aaboud et al. (ATLAS Collaboration)

原子、分子与光学

Phys. Rev. Lett. 121, 081801 (2018)

导读:宋新秀;责编:张文凯

观察到半轻衰变D0→a0(980)−e+νe

空间平移诱导的离散时间晶体

和D+→a0(980)0e+νe的证据

离散时间晶体是非平衡系统所特有的一个相,其中离散时间平移对称性是自发破缺的。迄今为止,大部分所提出的传统时间晶体都依赖于现场的对称性的自发破缺和相应的对称操作。本文提出了一种新的时间晶体,称为“空间平移诱导的离散时间晶体”,它是通过空间平移及其对称性破缺来实现的。由于空间平移的特性,在这种新的时间晶体中,各种时间晶体序只能通过改变填充而不改变驱动协议来出现。另外,作者证明了电荷或自旋的局部传输展示了一个非平凡的振荡,它使得时间晶体序的检测和应用成为可能,并提供了包括量子电路有前途的平台。本文的方案在各种量子模拟器中开辟了通过空间平移实现时间晶体序的新途径。

利用BEPCII实验的BESIII探测器收集的质心能为3.773GeV、积分亮度为2.93
fb-1的数据,本文报道了观测到衰变道D0→a0(980)−e+νe,
和衰变道D+→a0(980)0e+νe的证据,其置信度分别为6.4σ
和2.9σ。衰变绝对分支比为:B(D0→a0(980)−e+νe)×B(a0(980)−→ηπ−)=[1.33+0.33−0.29(stat)±0.09
(syst)]×10-4 和 B(D+→a0(980)0e+νe) ×B(a0(980)0→ηπ0)=
[1.66+0.81−0.66(stat) ± 0.11
(syst)]×10-4。这是第一次在D0的半轻衰变中测量到a0(980)介子,这为探索a0(980)
态的性质翻开了新的篇章。

Spatial-Translation-Induced Discrete Time
Crystals

Observation of the Semileptonic Decay D0→a0(980)−e+νe and Evidence for
D+→a0(980)0e+νe

Kaoru Mizuta, et al.

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 093001 (2018)

Phys. Rev. Lett. 121, 081802 (2018)

基于激光的亚稳态氪的产生

分支随机行走的起源

本文演示了在长寿命1s5态下使用激光激发产生亚稳态氪的过程。实验中使用了脉冲光参量振荡激光器并让其工作于215 nm附近,原子则通过该波段的双光子吸收过程被激发到2p6状态,然后原子迅速衰减到亚稳态,其分支比为75%。作者还利用密度矩阵形式建立了相互作用动力学模型,并将其与实验观测相结合,计算出了光电离和双光子吸收横截面。与传统的亚稳态生产方法相比,该方法在对样品加热最少的情况下,展示了高密度亚稳态氪生产的巨大潜力。在这里,作者展示了高达每脉冲2%的亚稳态产生效率。当结合作者开发的密度矩阵模型,新的实验结果表明,在最优条件下,部分效率可以达到30%。

与衍射电子-核子散射

Laser-Based Metastable Krypton
Generation

本文指出衍射电子-核子散射事件和一维分支随机游走的实现之间的类比,其根据它们边界附近的粒子谱系树的高度进行选择。这种对应关系在逐事件的衍射图像中变得透明,强调胶子演化的统计特性,从中直接得出新的定量预测:我们能够确定衍射产生的总不变质量的分布,这是一个有趣的可观测量,可以在未来的电子-等离子体碰撞试验中进行测量。

M. A. Dakka, et al.

Diffractive Electron-Nucleus Scattering and Ancestry in Branching Random
Walks

Phys. Rev. Lett. 121, 093201
(2018)

A. Mueller and S. Munier

P轨道波色子的自旋和角动量的

Phys. Rev. Lett. 121, 082001 (2018)

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