物理學：通往量子世界的橋樑！
Monika Aidelsburger使用一種特殊類型的光學晶格來模擬量子多體現象，這些現象在實驗探索中無法實現。她現在已經獲得了ERC創業獎，以開展這項工作。
在過去十年中，由LMU實驗物理學主席Immanuel Bloch教授領導的研究人員開發了幾種技術和策略來探索量子世界的秘密。已取得很大進展，但許多感興趣的現象仍未得到探索，理論計劃往往難以測試。Bloch的團隊主要關注量子相互作用，可以使用激光束形成的光學晶格中的超冷氣體來模擬。Bloch部門研究小組負責人Monika Aidelsburger博士現已獲得歐洲研究理事會（ERC）頒發的高額資助，以擴展這項工作。她的目標是使用超冷鐿被困在光學晶格中的原子模擬凝聚態物質中量子行為的模型，其尺度比實際固體大三個數量級。
實際上，Aidelsburger也是馬克斯普朗克量子光學研究所的成員，他希望進一步採用這一策略，並用它來模擬“晶格規範理論”，它描述了“規範場”方面粒子之間的基本相互作用。在這些模型中，物質場（物質粒子）被描繪為虛擬晶格上的點，並且作用於它們的力場由這些節點之間的鏈接表示。格子規範理論在量子物理學的許多分支中具有根本意義。它們不僅構成了粒子物理標準模型的基礎，而且還可以應用於固體中強相互作用電子行為基礎的物理學，並且可以解釋量子電動力學中的重要現象。因此，Aidelsburger'模擬光學晶格中晶格規範理論的實驗方法將提供經典和量子物理學之間的聯繫，並允許在固態物理學以外的環境中觀察到的現象的類似模擬。到目前為止，Aidelsburger的研究主要集中在模擬磁場的影響。“這是因為磁場也可以用規範場來描述，”她解釋道。物理學家希望擴展這些思想並將其應用於其他基本上無法進入的量子多體現象。到目前為止，研究的重點是模擬磁場的影響。“這是因為磁場也可以用規範場來描述，”她解釋道。物理學家希望擴展這些思想並將其應用於其他基本上無法進入的量子多體現象。到目前為止，研究的重點是模擬磁場的影響。“這是因為磁場也可以用規範場來描述，”她解釋道。物理學家希望擴展這些思想並將其應用於其他基本上無法進入的量子多體現象。
兩個長壽的州！
目前正在設計實驗平臺，很快Aidelsburger實驗室的光學平臺將安排精心定位的鏡頭和鏡子，激光器和光纖。光學晶格中超冷原子的受控操作已經成功地用於探測和模擬在凝聚態物質系統中觀察到的量子現象。這些實驗是在原子可以在晶格位點之間“隧穿”的條件下進行的，儘管它們的集體運動受到晶格的整體參數的影響。將策略擴展到晶格規範理論將需要對晶格中原子的運動進行位點特定的控制。
建立這樣的實驗是非常苛刻的，因為必須精確地再現規範理論固有的對稱性。“成功的實施需要使用全新的方法，”Aidelsburger說。“這具有高風險，但擁有這種模型的工作量子模擬器將構成巨大的進步。”布洛赫的團隊已經學到了很多關於如何將量子氣體保持在高於絕對零度的溫度下，生成和操縱光學晶格並控制各種元素（如銣，鈉和鋰）的原子運動的知識，僅舉幾例。Aidelsburger的實驗將使用鐿（Yb）原子，因為它們具有兩個長壽命量子態，這使得它們對計劃的模擬特別有用。將採用強聚焦激光束來定位控制晶格內原子的運動。在模擬中，兩種原子態將發揮物質粒子和介導作用於它們的力的粒子的作用。
在晶格中耦合Yb原子的兩個長壽態的運動在技術上是可行的。“這種局部耦合使我們第一次能夠在實驗環境中實驗性地代表簡單晶格規範理論的基本構建模塊，”Aidelsburger說。而且，該技術可以直接擴展到更大的晶格結構和更高的尺寸。這將使研究人員能夠模擬晶格規範理論，這些理論在凝聚態物理學和量子電動力學中都可以使用易處理的實驗程序發揮重要作用。這將是一個真正突破性的成就。“我們的戰略開闢了全新的實驗機會，探索某些現象併為新理論發展思路，”Aidelsburger說。
微調！
能夠在Immanuel Bloch的部門擔任終身教授的未來幾年工作的前景是她決定在巴黎法蘭西學院擔任博士後她回到慕尼黑的原因之一。“年輕的研究人員需要這樣的長期觀點，”她說，“特別是如果他們希望進行如此複雜和苛刻的實驗任務。”新系統的設計和構造可能需要長達三年的時間。一個從簡單模型開始，並詢問他們的模擬是否產生與理論獲得的結果一致的結果，或者與使用完善的數值方法（例如蒙特卡羅模擬）得出的預測相容。這些測試用作實驗的校準標度 - 並允許研究人員適當調整條件並逐漸提高實驗的複雜程度。此外，必須不斷檢查實驗系統，以確保它們能夠正確描述他們要描述的現象。“這是與其他領域的理論家密切合作尤為重要的地方，”艾德爾斯堡說。“所涉及的風險相當大，因為這對我們所有人來說都是未知領域。我們必須將不同的物理領域結合在一起。我熱切希望用簡單模型進行的初步實驗將產生在不同學科中得到回應的結果“。必須不斷檢查實驗系統，以確保它們能夠正確描述他們要描述的現象。
“這是與其他領域的理論家密切合作尤為重要的地方，”艾德爾斯堡說。“所涉及的風險相當大，因為這對我們所有人來說都是未知領域。我們必須將不同的物理領域結合在一起。我熱切希望用簡單模型進行的初步實驗將產生在不同學科中得到回應的結果“。必須不斷檢查實驗系統，以確保它們能夠正確描述他們要描述的現象。“這是與其他領域的理論家密切合作尤為重要的地方，”艾德爾斯堡說。“所涉及的風險相當大，因為這對我們所有人來說都是未知領域。我們必須將不同的物理領域結合在一起。我熱切希望用簡單模型進行的初步實驗將產生在不同學科中得到回應的結果“。因為這對我們所有人來說都是未知領域。我們必須將不同的物理領域結合在一起。我熱切希望用簡單模型進行的初步實驗將產生在不同學科中得到回應的結果。“因為這對我們所有人來說都是未知領域。我們必須將不同的物理領域結合在一起。我熱切希望用簡單模型進行的初步實驗將產生在不同學科中得到回應的結果。”
在最簡單的模型中，Yb原子可以採用兩種定義狀態中的任何一種，即基態和單亞穩態激發態。目的是逐步向系統添加更多狀態，從而實現更復雜的交互。這將是朝著使用超冷原子模擬強核力的最終目標邁出的重要一步 - 夸克（原子核的基本成分）與膠子（將原子核結合在一起的力粒子）之間的相互作用。後一項任務將需要實施更復雜的晶格規範理論。
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