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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和丁冬生课题组在冷里德堡原子气体研究中取得了重要突破。他们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。这一成果于4月13日在《Nature Communications》上发表，题为“Exceptional point and hysteresis trajectories in cold Rydberg atomic gases”。该研究不仅为理解宇宙物质起源提供了新的视角，还展示了里德堡原子在模拟和研究对称性破缺现象中的潜力，为探索新物理开辟了新途径。

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的物质-反物质不对称性机制，以及发现超越标准模型所预测电荷宇称破缺源。里德堡原子凭借其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(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)通(tōng)过(guò)实(shí)验(yàn)测(cè)量(liàng)不(bù)同(tóng)探(tàn)测(cè)光(guāng)强(qiáng)下(xià)的(de)原(yuán)子(zi)响(xiǎng)应(yīng)，成(chéng)功(gōng)观(guān)察(chá)到(dào)里(lǐ)德(dé)堡(bǎo)原(yuán)子(zi)间(jiān)多(duō)体(tǐ)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)诱(yòu)导(dǎo)的(de)二(èr)阶(jiē)奇(qí)异(yì)点(diǎn)，如(rú)图(tú)2所(suǒ)示(shì)。理(lǐ)论(lùn)分(fēn)析(xī)表(biǎo)明(míng)，系(xì)统(tǒng)的(de)哈(hā)密(mì)顿(dùn)量(liàng)具(jù)有(yǒu)电(diàn)荷(hé)宇(yǔ)称(chēng)对(duì)称(chēng)性(xìng)，且(qiě)该(gāi)对(duì)称(chēng)性(xìng)在(zài)奇(qí)异(yì)点(diǎn)处(chù)发(fā)生(shēng)破(pò)缺(quē)。此(cǐ)外(wài)，理(lǐ)论(lùn)分(fēn)析(xī)揭(jiē)示(shì)了(le)系(xì)统(tǒng)中(zhōng)三(sān)阶(jiē)奇(qí)异(yì)点(diǎn)的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)些(xiē)高(gāo)阶(jiē)奇(qí)异(yì)点(diǎn)在(zài)精(jīng)密(mì)测(cè)量(liàng)领(lǐng)域展(zhǎn)现(xiàn)出(chū)重(zhòng)要(yào)的(de)应(yīng)用(yòng)前(qián)景(jǐng)。在(zài)这(zhè)样(yàng)的(de)系(xì)统(tǒng)中(zhōng)，里(lǐ)德(dé)堡(bǎo)原(yuán)子(zi)的(de)状(zhuàng)态(tài)不(bù)仅(jǐn)受(shòu)到(dào)外(wài)部(bù)输(shū)入(rù)的(de)影(yǐng)响(xiǎng)，而(ér)且(qiě)还(hái)受(shòu)它(tā)们(men)以(yǐ)前(qián)的(de)状(zhuàng)态(tài)所(suǒ)限(xiàn)制(zhì)。因(yīn)此(cǐ)，在(zài)激(jī)光(guāng)功(gōng)率(lǜ)不(bù)同(tóng)的(de)扫(sǎo)描(miáo)方(fāng)向(xiàng)上(shàng)，系(xì)统(tǒng)的(de)动(dòng)力(lì)学(xué)演(yǎn)化(huà)完(wán)全不(bù)同(tóng)，从(cóng)而(ér)产(chǎn)生(shēng)了(le)迟(chí)滞(zhì)回(huí)线(xiàn)。该(gāi)工(gōng)作(zuò)还(hái)研(yán)究(jiū)了(le)不(bù)同(tóng)原(yuán)子(zi)密(mì)度(dù)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(suǒ)示(shì)。

该(gāi)工(gōng)作(zuò)架(jià)起(qǐ)了(le)非(fēi)厄(è)米(mǐ)多(duō)体(tǐ)量(liàng)子(zi)物(wù)理(lǐ)与(yǔ)粒(lì)子(zi)物(wù)理(lǐ)电(diàn)荷(hé)宇(yǔ)称(chēng)问(wèn)题(tí)之(zhī)间(jiān)的(de)桥(qiáo)梁(liáng)，为(wèi)理(lǐ)解(jiě)宇(yǔ)宙(zhòu)物(wù)质(zhì)起(qǐ)源(yuán)、标(biāo)准(zhǔn)模(mó)型(xíng)的(de)局(jú)限(xiàn)性(xìng)以(yǐ)及(jí)探(tàn)索(suǒ)新(xīn)物(wù)理(lǐ)提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)的(de)思(sī)路。该(gāi)工(gōng)作(zuò)得(de)到(dào)了(le)审(shěn)稿(gǎo)人(rén)的(de)高(gāo)度(dù)评(píng)价(jià)：该(gāi)稿(gǎo)件(jiàn)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存在在理论上得到了证实。（“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。