Квантовая физика: моделирование фундаментальных взаимодействий с ультрахолодных атомов

Фундаментальных взаимодействий между частицами осуществляются посредством калибровочных бозонов. Как правило, это описывается калибровочной теории, которые очень сложно лечить теоретически в широком диапазоне параметров. Решению некоторых из этих открытых вопросов в таблице-топ эксперименты специально разработанный квантовых симуляторов представляют собой выдающиеся цели. Сейчас ученые Людвиг-Максимилианс-университет (ЛМУ) в Мюнхене и Института Макса Планка квантовой оптики совместно с коллегами из Технического университета Мюнхена, Гарвардского университета и Брюссельского свободного университета удалось продемонстрировать главные составляющие конкретной решетки калибровочной теории с двухкомпонентной ультрахолодных бозонов в оптических сверхрешетках. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале физика природы.

Как делать элементарные составляющие материи взаимодействуют друг с другом?

Одной из важнейших задач современной физической науки касается определения элементарных составляющих материи, и то, как эти частицы взаимодействуют друг с другом. Эта фундаментальная проблема возникает во многих областях физики, в том числе высоких энергий, конденсированных сред и квантовых вычислений. Несмотря на замечательные достижения, подтверждающих наличие множества элементарных частиц и новые экзотические фазы материи, многие фундаментальные вопросы остаются без ответа из-за большой сложности задачи. Одним из самых ярких примеров в этом отношении является все еще недостаточное знание фазовой диаграммы квантовой хромодинамики, описывающей сильное взаимодействие между кварками и глюонами.

Новый взгляд на квантовое моделирование

Из-за огромного прогресса в борьбе с отдельными частицами в том числе ионов, фотонов и атомов, было высказано предположение, что квантовые симуляторы могли предложить новому взглянуть на открытые вопросы, связанные с фундаментальным взаимодействиям между (квази)частиц, которые опосредуются калибровочных полей. Изначально концепция квантового моделирования был предложен лауреатом Нобелевской премии Ричардом Фейнманом. Ключевая идея заключается в инженер квантовой многочастичной системы, предназначенной для эмуляции свойств данной теоретической модели, следовательно, предлагая четкое представление о фундаментальных физических явлений в контролируемых лабораторных условиях. Появились инженерии квантовых систем ультрахолодных атомов в оптических решетках в качестве универсальной платформы для исследования свойств экзотических квантовых фаз материи.

Моделирования калибровочных полей, однако, крайне ответственная, так как требует точного осуществления частицы материи и калибровочных полей, которые взаимодействуют таким образом, что должен уважать локальные симметрии калибровочные теории интереса.

Имитируя датчик опосредствованных взаимодействий с нейтральными атомами

Группа физиков в университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Института Макса Планка квантовой оптики (его), под руководством профессора Моники Aidelsburger и профессор Иммануил блох, тщательно разработанных и успешно реализованных основных ингредиентов определенной минимальной решеточной калибровочной теории — в Z2 с решеткой калибровочной теории, которая играет важную роль в физике конденсированного состояния и квантовые вычисления. Команда поняла, управляемый квантовым имитатором ультрахолодных бозонные частицы в ловушке в бихроматическом оптической решетке. Изолируя динамики двух частиц в двухместном бизнес-контролируемое исследование базовых строительных блоков, из теории, которая в будущем эксперименты могут быть использованы для построения расширенных моделей. Сложные взаимодействия между частицами были манипулировать с помощью лазерных лучей, интенсивность которого периодически модулированных во времени. Задача состояла в реализации четко определенных локальных взаимодействий между «веществом» частиц и «калибровочных бозонов,» посредники фундаментальных взаимодействий. Экспериментаторами использоваться два различных электронных состояний атомов, для эмуляции различных типов частиц и локального взаимодействия были реализованы путем решения атомы в состоянии-зависимом образе. Команда проверен новый подход основан на периодическом движении наблюдая за динамикой атомов государство — и решен. Отличное знание микроскопических параметров модели позволило наметить пути для дальнейших экспериментов в расширенной геометрии и в высших измерениях.

Доктор Кристиан Швейцер, ведущий автор данного исследования приходит к выводу: «пока это еще долгий путь, чтобы развить существующие экспериментальные площадки таким образом, что позволит нам пролить новый свет на фундаментальные вопросы относительно фазовой диаграммы квантовой хромодинамики, это захватывающее время для квантовых симуляторов, которые развиваются быстрыми темпами.» Авторы предприняли первые шаги в долгом пути к изучению высокоэнергетических физических задач с настольным экспериментов. Это исследование обеспечивает новый путь для решения нерешенных проблем, которые экспериментаторы сталкиваются с в настоящее время доступными протоколы для моделирования фундаментальных взаимодействий между элементарными составляющими природы.