首 页機構概況機構設置科研人才隊伍合作交流研究生教育博士後圖書館創新文化黨群園地院重點實驗室彭桓武中心信息公開
  新聞動態
  您現在的位置:首頁 > 新聞動態 > 科研動態
理論物理研究所在量子統計物理基礎的研究上取得進展
2018-12-26  【 】【打印】【關閉

  在標准量子統計物理中,費米-狄拉克、玻色-愛因斯坦等各種熱平衡分布的實現離不開一個基本要素:系綜。但是,衆所周知,系綜概念具虛擬本質。能否不引入系綜,對按確定動力學規律演化、真實的單個系統直接建立統計物理描述?·諾伊曼、朗道等傑出物理學家很早就認識到這個問題在統計物理基礎中的核心地位。但是直到1994年,M. Srednicki才借助于量子混沌的基本猜想貝裏猜想,即量子混沌系統的本征波函數在大空間尺度呈現均勻結構证明:刚球系统的單個本征波函数就好比一个热库,足以产生热平衡分布。这个结果为量子统计物理基础带来了全新的观点,并在近年推动了大量的理论和实验研究。 然而,證明贝里猜想本身是一个极端困难的任务;事实上,人们迄今未能证明该猜想。贝里猜想对于量子统计物理基础是本质的吗?在什么条件下平衡统计物理可在單個本征态的水平实现?微观粒子间的碰撞即直接相互作用是不是如一般認爲的那樣,是不可缺少的成分?這些是迫切需要回答的更爲重要的核心問題。 

  圍繞這些問題,近年來,中科院理論物理研究所田矗舜研究員和合作者對量子多體系統的一個基本特性,即全同粒子不可區分性,或微觀粒子間的交換相互作用在本征態統計物理基礎中的作用進行了深入研究,並在近期取得重要進展。相關論文作爲Rapid Communication發表于著名統計物理雜志Physical Review E。在這個工作中,作者解析地證明,作爲描述量子多體系統微觀狀態基本骨架的福克空間隱藏著一個熱結構。這裏隱藏包括兩方面含義,第一,對于絕大部分福克態,雖然相應的粒子數占據構型看起來很不規則,但在好量子數空間卻呈現大尺度規則結構,該結構由費米-狄拉克分布或玻色-愛因斯坦分布描述(參見附圖);並且,這個結構的出現與量子系統的動力學性質,如可積、混沌、安德森局域化等等無關。第二,只有選取合適的物理量,我們才能探測到該熱結構,即該物理量在給定福克態下的量子期望值等于熱平衡分布的平均值;但是,物理量的選取與系統的量子動力學性質密切相關:如對于可積或安德森局域化系統,短程關聯函數是合適的物理量,但長程不是,而對于量子混沌系統,短程和長程關聯函數都是合適的物理量。 

  這個工作與近年來關于本征態統計物理的正統觀點有諸多不同。首先,它表明了即使微觀粒子間沒有直接相互作用,交換相互作用就足以通過産生量子糾纏使平衡統計物理在單一本征態中呈展;其次,它表明了對于粒子間有直接相互作用的量子系統,貝裏猜想並不是實現本征態平衡統計物理所必需的。這也就爲研究無序關聯電子系統的福克空間局域化及輸運這個極富挑戰性的前沿凝聚態物理問題開辟了新途徑。 

  有趣的是,這個工作還首次闡明了本征態統計物理和隨機幾何體的極限形之間的深刻聯系。後者由前蘇聯數學家A. Vershik于上世紀70年代在研究表示論時發現,並被其學派應用于大整數的隨機分拆這個數論基本問題的研究。Vershik學派所取得的一些深刻結果是本工作中某些一般結果的特例。極限形理論和Seiberg-Witten理論的聯系已被A. Okunkov等數學家發現。 

  此工作得到了國家自然科學基金委重點項目小量子系統的動力學研究、中科院理論物理前沿重點實驗室和國家自然科學基金委理論物理專款彭桓武理論物理創新研究中心的支持。 

  論文鏈接:https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.98.060103 

    

    

  

   

  附图:隱藏在费米子系统福克空间中的热结构 

IE6.0浏览器,1024X768分辨率 博利彩票官网网址:http://www.aclcosm.com ? 博利彩票官网
地址:北京市海澱區中關村東路55號 郵政編碼:100190
京ICP備05002865號】 京公网安备1101080094号