理学院孙明远副研究员在量子非平衡动力学的理论研究方面取得重要进展

近日，理学院特聘副研究员孙明远和中国人民大学张芃教授、清华大学翟荟教授一起合作，发展出一种新的非平衡态高温维里展开方法，并把它应用于研究玻色气体的淬火动力学过程，成功解释了此前剑桥大学的相关实验现象。该研究成果以“High Temperature Virial Expansion to Universal Quench Dynamics”为题于2020年9月10日发表在物理学权威期刊《物理评论快报》（PRL, Physical Review Letters）上，并被选为编辑推荐论文（Editors’ Suggestion）。

近年来，随着冷原子实验中可以实现更快、更精确的操控和测量，对量子系统中非平衡动力学演化过程的研究成为了一个重要领域。特别是2018年《自然》杂志发表了剑桥大学的实验结果，该实验在玻色原子系统的量子淬火动力学过程中观察到了一系列新奇的普适行为（Nature 563, 221 (2018) ）。然而，这些实验现象一直没有得到合理的理论解释，最主要的原因是该实验涉及到量子多体问题理论研究中两个最典型的难点：强相互作用和非平衡。孙明远老师等发表在PRL的研究论文通过发展非平衡高温维里展开的方法，解释了该实验高温部分的结果。高温维里展开是统计物理中经典的理论方法，但此前主要是用于平衡态物理的研究中。孙明远副研究员此前也在该方面作出了多项成果，包括和中国科学院物理所崔晓玲研究员、翟荟教授一起用该方法预言了玻色极化子中的三体关联效应(Phys. Rev. Lett. 119, 013401 (2017))。这一最新工作的主要创新点就是将这一理论方法从平衡态推广到非平衡过程。该理论计算的结果和剑桥大学的实验数据高度一致，也证明了该理论的可靠性，以及未来更广泛的应用空间。

图：玻色气体从无相互作用淬火到共振区域（插图）后，动量分布函数随时间的变化。红色代表增加，蓝色代表减少。

该研究项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京邮电大学双一流科研启动经费、信息光子学与光通信国家重点实验室基金等的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.110404