超冷原子模拟断裂磁通弦

在量子色动力学及其他规范理论中，被称为弦的狭窄场线管连接着无法孤立存在的电荷对，比如夸克的色荷。当电荷间距超过临界距离时，这些通量弦会断裂，最终衰变为粒子 – 反粒子对。确定通量弦如何断裂对于理解这些场论的动力学至关重要，但该现象的模型难以通过实验研究。中国科学技术大学的刘莹及其同事现已展示了一个超冷原子系统，可作为弦断裂的实验模拟。

实验装置由一组干涉光晶格约束的一维铷原子阵列构成。由此产生的超晶格上的每个位点都有一个可调势，它决定了原子从一个位点跳跃到另一个位点的难易程度。实验开始时，每个晶格位点都有一个原子。这个初始状态代表由通量弦连接的两个电荷。通过改变光超晶格的参数，研究人员使原子相互作用并在位点间跳跃。这种演化代表了电荷分离时通量弦的动力学。弦是否保持完整或断裂由原子阵列的最终构型指示，研究团队使用量子气体显微镜对其进行测量。

到目前为止，刘莹及其同事已使用他们的技术在一种称为晶格施温格模型的简化规范理论中对弦断裂进行建模。他们表示，他们的实验还为模拟更复杂的规范理论和高能物理模型，以及研究粒子碰撞和量子纠错方案提供了一个平台。