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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、苑震生等首次使用超冷原子光晶格系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)格點(diǎn)規(guī)范理論中“弦斷裂”現(xiàn)象的量子模擬，為理解強(qiáng)相互作用體系中的禁閉行為與相變機(jī)制提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。規(guī)范理論是現(xiàn)代物理學(xué)的核心框架，不僅描述了基本粒子相互作用的基礎(chǔ)，也廣泛用于理解凝聚態(tài)物理中的各類強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體現(xiàn)象。在高度可控的冷原子量子模擬平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)范理論的模擬，不僅能基于第一性原理研究其動(dòng)力學(xué)過(guò)程，還能探索粒子對(duì)撞機(jī)難以達(dá)到的實(shí)驗(yàn)參數(shù)區(qū)域中的物理現(xiàn)象。因此，量子模擬器有望為高能物理問(wèn)題提供新見(jiàn)解，并成為研究凝聚態(tài)拓?fù)湎嗪偷湍芏囿w物理機(jī)制的有力工具。近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了超冷原子量子模擬器，并對(duì)格點(diǎn)規(guī)范理論開(kāi)展了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，取得了一系列突破性進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)格點(diǎn)規(guī)范理論中的弦斷裂機(jī)制進(jìn)行了深入研究。在量子色動(dòng)力學(xué)中，兩個(gè)靜止色荷之間的相互作用勢(shì)隨著距離的增加呈線性增長(zhǎng)，這一特性使得單個(gè)夸克無(wú)法孤立存在。然而，當(dāng)色荷間距超過(guò)某個(gè)臨界值時(shí)，系統(tǒng)的能量足以生成一個(gè)夸克-反夸克對(duì)，進(jìn)而導(dǎo)致弦的斷裂。作為量子場(chǎng)論中的非微擾現(xiàn)象，弦態(tài)與雙介子態(tài)之間的復(fù)雜相互作用使得對(duì)弦斷裂過(guò)程的研究極具挑戰(zhàn)性。一方面，傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法難以精確求解這一過(guò)程；另一方面，粒子碰撞實(shí)驗(yàn)難以對(duì)其進(jìn)行直接觀測(cè)?；谇捌趯?duì)格點(diǎn)施溫格模型中禁閉動(dòng)力學(xué)的研究，研究團(tuán)隊(duì)搭建了可編程光學(xué)超晶格量子模擬平臺(tái)，將格點(diǎn)施溫格模型映射至光晶格超冷原子的玻色-哈伯德模型，通過(guò)精確控制原子之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)初態(tài)的可控制備和多參數(shù)演化。通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)演化參數(shù)（“費(fèi)米子質(zhì)量”與“弦張力”），體系從“弦態(tài)”演化至形成粒子對(duì)并發(fā)生弦斷裂的“斷裂弦態(tài)”，從而完整演示了弦斷裂物理過(guò)程。此外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)定量控制系統(tǒng)中費(fèi)米子質(zhì)量、弦張力和弦長(zhǎng)度之間的關(guān)系，提取出弦斷裂發(fā)生時(shí)的能量共振條件，揭示了弦斷裂現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制。該研究展示了光晶格量子模擬器在揭示規(guī)范理論微觀機(jī)制方面的潛力，為將實(shí)驗(yàn)研究拓展至更高維度和更高對(duì)稱性的規(guī)范模型并深入探索偽真空衰變、非阿貝爾規(guī)范理論及拓?fù)淞孔酉嘧兊汝P(guān)鍵物理問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/mwy1-v9hk（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2025-09-10?第1版?要聞）