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【导语】中国科学技术大学郭光灿院士团队的史保森、丁冬生课题组在冷里德堡原子气体研究中取得重大突破。他们成功观测到多体相互作用诱导的奇异点与迟滞轨迹，揭示了非厄米多体物理中的电荷宇称对称性破缺现象。这一成果不仅深化了我们对对称性破缺的理解，还为探索宇宙物质起源及新物理提供了新视角。相关研究成果已发表于国际知名学术期刊《Nature Communications》。

中国科大郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组在冷里德堡原子气体中观测到多体相互作用诱导的奇异点与迟滞轨迹，揭示了非厄米多体物理中的电荷宇称对称性破缺现象。相关成果4月13日以“Exceptional point and hysteresis trajectories in cold Rydberg atomic gases”为题发表在国际知名学术期刊《Nature Communications》上。

电荷宇称对称性是粒子物理学中一种重要的离散对称性。当某些物理过程在电荷宇称变换下表现不对称时，即称为电荷宇称对称性破缺，比如：中性K介子（K⁰）衰变和B介子衰变等。研究电荷宇称对称性破缺有利于理解自然界中(zhōng)的(de)物(wù)质(zhì)-反(fǎn)物(wù)质(zhì)不(bù)对(duì)称(chēng)性(xìng)机(jī)制(zhì)，以(yǐ)及(jí)发(fā)现(xiàn)超(chāo)越(yuè)标(biāo)准(zhǔn)模(mó)型(xíng)所(suǒ)预(yù)测(cè)电(diàn)荷(hé)宇(yǔ)称(chēng)破(pò)缺(quē)源(yuán)。里(lǐ)德(dé)堡(bǎo)原(yuán)子(zi)凭(píng)借(jiè)其(qí)巨大的电偶极矩和优异的量子相干特性，为模拟和研究对称性破缺现象提供了理想的量子多体系统平台。值得注意的是，里德堡原子间的长程相互作用可以诱导额外的量子耗散通道，这使得在实验上构建可控的多体非厄米量子系统成为可能，为研究奇异点及其相关非平衡动力学行为开辟了新途径。丁冬生等人在冷里德堡原子系统中利用多体相互作用构建了非厄米模型，发现了电荷宇称对称性破缺现象，观察了非厄米性导致的迟滞轨迹，如图1所示：

研究人员通过实验测量不同探测光强下的原子响应，成功观察到里德堡原子间多体相互作用诱导的二阶奇异点，如图2所示。理论分析表明，系统的哈密顿量具有电荷宇称对称性，且该对称性在奇异点处发生破缺(quē)。此(cǐ)外(wài)，理(lǐ)论(lùn)分(fēn)析(xī)揭示了系统中三阶奇异点的存在，这些高阶奇异点在精密测量领域展现出重要的应用前景。在这样的系统中，里德堡原子的状态不(bù)仅(jǐn)受(shòu)到(dào)外(wài)部(bù)输(shū)入(rù)的(de)影(yǐng)响(xiǎng)，而且还受它们以前的状态所限制。因此，在激光功率不同的扫描方向上，系统的动力学演化完全不同，从而产生了迟滞回线。该工作还研究了不同原子密度情(qíng)况(kuàng)下(xià)扫(sǎo)描(miáo)时(shí)间(jiān)对(duì)迟(chí)滞(zhì)效(xiào)应(yīng)的(de)影(yǐng)响(xiǎng)，揭(jiē)示(shì)了(le)不(bù)同(tóng)时(shí)间(jiān)尺(chǐ)度(dù)下(xià)的(de)非(fēi)厄(è)米(mǐ)响(xiǎng)应(yīng)特(tè)性(xìng)，如(rú)图(tú)3所示。

该工作架起了非厄米多体量子物理与粒子物理电荷宇称问题之间的桥梁，为理解宇宙物质起源、标准模型的局限性以及探索新物理提供了新的思路。该工作得到了审稿人的高度评价：该稿件尤其清晰地展现了以下重要性：(i) 他们构建了一个高度可控的里德堡原子实验系统，并通过相互作用实现了奇异点的调控；(ii) 该系统中高阶奇异点的(de)存(cún)在(zài)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)得(de)到(dào)了(le)证(zhèng)实(shí)。（“In particular,themanuscript clearly presents the significance: (i) they implemented a set up of Rydberg atoms which is highly controllable and host exceptional points with interactions (ii) The emergence of higher-order exceptional points is theoretically confirmed in this system.”)

中国科大博士研究生张俊和王雅君，以及博士后李恩泽为本文的共同第一作者，丁冬生教授为本文的独立通讯作者。该成果得到了科技部、基金委、中国科学院、安徽省重大科技专项以及中国科学技术大学的资助。