[论文解读] On solving the quantum many-body problem

Thomas Schweigler, Thomas Gasenzer+6 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2015

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究通过隧穿耦合的一维原子超流体实验研究了量子 sine-Gordon/马斯格罗夫·瑟林模型，测量干涉图案以提取相位关联函数。研究结果表明，在特定条件下高阶关联函数可分解为低阶函数的乘积，从而实现对任意子、其相互作用以及非平凡量子场论中拓扑不同的真空态的直接实验表征。

ABSTRACT

We experimentally study a pair of tunnel-coupled one-dimensional atomic superfluids, which realize the quantum sine-Gordon/massive Thirring models relevant for a wide variety of disciplines from particle to condensed-matter physics. From measured interference patterns we extract phase correlation functions and analyze if, and under which conditions, the higher-order correlation functions factorize into lower ones. This allows us to characterize the essential features of the model solely from our experimental measurements, detecting the relevant quasiparticles, their interactions and the topologically distinct vacua. Our method provides comprehensive insights into a non-trivial quantum field theory and establishes a general method to analyze quantum many-body systems through experiments.

研究动机与目标

• 在可调谐的超冷原子系统中实验实现并探测量子 sine-Gordon/马斯格罗夫·瑟林模型。
• 确定高阶关联函数在何种条件下可分解为低阶关联函数的乘积。
• 仅通过实验测量表征任意子内容、相互作用以及拓扑不同的真空态。
• 建立一种通用的实验框架，通过关联函数分析非平凡的量子多体系统。

提出的方法

• 实现映射到量子 sine-Gordon/马斯格罗夫·瑟林模型的隧穿耦合一维原子超流体。
• 通过测量干涉图案提取系统的相位关联函数。
• 分析高阶关联函数分解为低阶函数乘积的行为。
• 利用观察到的分解行为推断任意子及其相互作用的存在与性质。
• 通过关联函数结构和相位相干性识别拓扑不同的真空态。
• 将实验数据应用于表征完整的量子场论，而无需仅依赖理论建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，量子多体系统中的高阶关联函数可分解为低阶关联函数的乘积？
• RQ2 哪些实验特征可揭示强关联一维超流体中任意子及其相互作用的存在？
• RQ3 如何通过测量的关联函数识别并区分拓扑不同的真空态？
• RQ4 在多大程度上可仅通过关联函数的实验测量重建非平凡量子场论的完整结构？

主要发现

• 在特定实验条件下，隧穿耦合的一维超流体中的高阶关联函数表现出分解行为，表明存在弱相互作用的任意子。
• 测量得到的相位关联函数可直接识别量子 sine-Gordon 模型中相关的任意子及其相互作用。
• 通过关联函数和干涉数据中独特的图案，可实验探测到拓扑不同的真空态。
• 该实验方法成功仅通过测量到的关联函数表征了非平凡量子场论的关键特征。
• 该方法为通过关联函数结构的实验分析探测量子多体系统提供了一般性框架。