武漢物數所在量子氣體臨界性理論研究中取得進展

　　近日，中國科學院武漢物理與數學研究所管習文研究員與香港中文大學周琦教授合作，在關于冷原子量子多體系統中的兩體關聯和臨界性的研究中取得了新進展，其研究結果發表于《自然·通訊》(Nature Communications)。

　　量子多體系統是凝聚態物理學中極其重要的研究領域，特別是近些年在冷原子的研究方面，美國的檀時鈉教授發現兩體短程關聯刻畫了稀薄冷原子多體系統的普適行為。這種兩體短程關聯反應了在短距離極限下發現兩個冷原子的幾率，現在被稱為Tan Contact。另一方面，量子臨界性是量子多體系統在相變臨界點附近所表現出的集體關聯普適規律。如何理解超流與正常費米氣體在相轉變溫度附近的Tan Contact 成為該研究的熱點。

　　在這篇《自然·通訊》文章中，他們發現Tan Contact 的二體短程關聯和多體臨界現象之間存在深刻的內在關系。通過普適的熱力學微分形式，建立了Tan Contact 與熱力學量及超流密度之間的直接關系。此外，他們還發現Tan Contact 本身可給出連續量子相變的普適的臨界行為，包括標度函數、動力學臨界指數、關聯函數臨界指數、Luttinger流體行為等。這些結果將拓展 Tan Contact 在冷原子實際實驗測量的應用。

　　重要的是，他們的理論對理解最近試驗上對超流與正常費米氣體相轉變溫度附近的Tan Contact直接提供了定性理解。他們應用一維精確可解楊-Gaudin模型完全驗證了這些普適的關系。研究表明，在連續的經典或者量子相變中，Tan Contact的臨界指數可以表明其所屬的普適類，而其對密度比值的臨界行為與化學勢臨界值密切相關。

　　作為一個典型的例子，他們對兩組份一維費米系統進行了研究，通過系統的嚴格解得到了Tan Contact的普適標度規律，解析證實了這一結果。在溫度逐漸降低至臨界區域附近時，系統的Tan Contact逐漸趨于一個常數（圖），這為實驗上界定一維系統的臨界區域及理解普適的Luttinger流體行為提供了可靠的理論基礎。

　　在此工作中，量子課題組的研究生陳洋洋和助研姜玉鑄做了主要理論計算工作。該研究也得到了國家“973”項目2012CB922101和國家自然科學基金委項目（N011374331）和（N011304357）的支持。