[论文解读] Spin-charge separation in strongly interacting multicomponent few-body systems

R. E. Barfknecht, Angela Foerster+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2018

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 2

一句话总结

本研究探讨了在突然改变势阱几何形状的条件下，少数粒子强相互作用费米子系统中的自旋-电荷分离。通过使用SU(N)对称模型，研究表明即使在小系统中，自旋和密度动力学也发生解耦，且在完全平衡的N组分系统中自旋激发消失，揭示了低维量子临界性的少数粒子类比。

ABSTRACT

The decoupling of spin and density dynamics is a remarkable feature of quantum one-dimensional many-body systems. In a few-body regime, however, little is known about this phenomenon. To address this problem, we study the time evolution of a small system of strongly interacting fermions after a sudden change in the trapping geometry. We show that, even at the few-body level, the excitation spectrum of this system presents separate signatures of spin and density dynamics. Moreover, we describe the effect of considering additional internal states with SU(N) symmetry, which ultimately leads to the vanishing of spin excitations in a completely balanced system.

研究动机与目标

• 探索在少数粒子量子系统中自旋-电荷分离的现象，因为与无限系统相比，这些现象在少数粒子系统中尚不明确。
• 研究强相互作用和SU(N)对称性如何影响小费米子系综中自旋和密度自由度的解耦。
• 确定在势阱几何形状发生淬火后，自旋-电荷分离的特征是否在激发谱中显现。
• 分析粒子平衡和内部自由度在多组分系统中抑制自旋激发的作用。

提出的方法

• 使用精确对角化技术对具有SU(N)对称性的少数粒子强相互作用费米子系统进行建模。
• 通过突然改变势阱势以诱导非平衡动力学，实施淬火协议。
• 分析自旋和密度密度-密度关联函数的时间演化，以提取不同的动力学特征。
• 利用激发谱识别自旋和电荷自由度的独立贡献。
• 将分析扩展到N逐渐增大的系统，以研究完全粒子平衡的极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管缺乏宏观相分离，是否能在少数粒子系统中观测到自旋-电荷分离？
• RQ2 SU(N)对称相互作用如何影响小费米子系统中自旋和电荷动力学的解耦？
• RQ3 在所有N个内部态中粒子数完全平衡的SU(N)系统中，自旋激发会发生什么变化？
• RQ4 淬火诱导的动力学在多大程度上揭示了少数粒子量子系统中自旋和密度响应的独立性？

主要发现

• 淬火后的激发谱揭示了自旋和密度动力学的独立且明显的特征，即使在小系统中也是如此。
• 自旋和密度自由度独立演化，表明在少数粒子层次上存在稳健的解耦机制。
• 在所有N个态中粒子数完全平衡的SU(N)系统中，由于对称性保护，自旋激发消失。
• 尽管系统尺寸较小，该系统表现出类似于一维量子临界性的行为。