一个合作研究小组报告了驱动耗散里德伯原子气体中从遍历到遍历破坏动力学转变的实验证据。研究结果发表在《科学进展》上。

由于遍历性，多体系统经常松弛到平衡状态，使得可观测量变得不随时间变化。在鲁棒平衡的情况下，可观测量快速寻找相空间中的新不动点。然而，也有例外，例如，在可积和多体定域系统中，破坏的遍历性会抑制系统平衡和热化。

遍历破坏的研究对于金融领域的市场崩溃和复苏、神经网络中的脑癫痫以及复杂系统中关键飞跃的早期预警具有指导意义。具有长程相互作用的里德伯原子是研究非遍历多体动力学的理想多体系统。在驱动-耗散里德伯原子系统中，由于里德伯原子的聚集，系统将出现非平衡长时间相位振荡。

里德伯星团和同步振荡。图片来源：《科学进展》 (2024)。 DOI：10.1126/sciadv.adl5893

研究人员通过在室温下对里德伯原子进行两个光子激发，在激光相干驱动、里德伯原子相互作用和耗散的共同作用下，实验观察到了强相互作用里德伯原子气体中的非遍历多体动力学。 。

通过调整激光参数，研究小组观察到非平衡相变，其中遍历相和弱非遍历相之间发生分叉。遍历相中的原子分布均匀，而弱非遍历相中的里德伯态粒子数量表现出不平凡的振荡。

研究人员还捕获了毫秒级的长时间多体集体振荡，这远远超过了相关耗散的时间尺度。根据研究人员的分析，这种遍历破坏是由于自由空间中强相互作用的里德伯原子的聚集造成的。

里德伯多体系统对于探测遍历性破坏动力学和非平衡相变具有重要意义。这项工作揭示了复杂物质的遍历性和非平衡现象，揭示了耗散与遍历性之间的关系。

该团队由中国科学院郭光灿研究员领衔，中国科学技术大学施宝森教授和丁东升教授领衔，诺丁汉大学、华东师范大学、杜伦大学。

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