PRL导读-2023年131卷04期

Alicki 等人考虑浸没在处于热力学平衡态的稀薄气体中的量子系统的动力学，他们采用低密度极限下导出的量子马尔可夫过程的主方程进行研究。作者表明处于热浴温度的吉布斯态总是定态，这一状态下的细致平衡条件可能会被违背，超出玻恩近似。这一违背通常与散射的 T 矩阵失去时间反演对称性有关，它导致了一种允许热平衡中存在持续概率流和热流的热化机制。这一现象可以通过外磁场中的三个量子点间的电子跃迁模型来说明。

（赵秀花）

Violation of Detailed Balance in Quantum Open Systems

R. Alicki, M. Šindelka, and D. Gelbwaser-Klimovsky

Phys. Rev. Lett. 131, 040401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.040401

Hall 等人构造了非厄密量子系统中 Schur 矢量的半经典相空间密度。每一个 Schur 矢量都与一个普朗克单元相联系。 Schur 态是根据相空间上的经典范数图来组织的，即非厄密系统特有的寿命的经典表现。为了证明上述构造的普适性，作者将它应用到一个非常重要的示例：混合和混沌的经典动力学体系中具有 PT 对称的受击转子。

（赵秀花）

Semiclassical Husimi Distributions of Schur Vectors in Non-Hermitian Quantum Systems

J. Hall, S. Malzard, and E.-M. Graefe

Phys. Rev. Lett. 131, 040402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.040402

Yonezu 等人通过实现一个可扩展的双回路光学电路，展示了在时间域中进行通用和可编程的三模线性光学操作，该电路适用于通用量子信息处理（ QIP ）。通过对挤压态脉冲执行九种不同的三模操作，使用可变测量完全表征输出并确认它们的纠缠，作者们演示了电路的可编程性、有效性和确定性操作。他们的电路可以通过使外环变长来扩展，并通过整合前馈系统扩展到通用量子计算机。因此，这项工作为大规模通用光学 QIP 铺平了道路。

( 李元朋 )

Time-Domain Universal Linear-Optical Operations for Universal Quantum Information Processing

K. Yonezu, Y. Enomoto et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 040601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.040601

猫态量子比特为量子计算提供了吸引人的构建模块。它们表现出可调的噪声偏差，随着光子数的平均值而呈指数级抑制位翻转，并且可以通过简单的重复码确保对剩余相位错误的保护。 Gouzien 等人在这里量化了重复码的成本，并为使用猫态量子比特的大规模架构选择提供了有价值的指导，通过基于 Shor 算法在椭圆曲线上计算离散对数的性能分析进行实现。通过关注具有相邻连接性的 2D 猫态量子比特网格，作者们建议通过晶格手术实现 2 比特门，并通过投影测量和随后的门传送来离线容错准备魔术态来实现 Toffoli 门。通过路由量子比特来确保逻辑比特之间的全连接。假设单光子损失与双光子损失之间的比率为 10 ^-5 ，循环时间为 500 纳秒，他们具体展示了这样的架构可以在 9 小时内使用 126 133 个猫态量子比特和平均 19 个猫态光子计算一个 256 比特的椭圆曲线对数。他们提供了 Shor 算法的实现细节，以便所提出的性能分析可以轻松地在其他平台上进行选择架构时重复使用。

( 李元朋 )

Performance Analysis of a Repetition Cat Code Architecture: Computing 256-bit Elliptic Curve Logarithm in 9 Hours with 126 133 Cat Qubits

É. Gouzien, D. Ruiz, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 040602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.040602

作者报告了对经由 η 介子的级联衰变产生的轻暗物质的寻找。而 η 介子是由宇宙线与地球大气的非弹性碰撞产生的。作者介绍了一种新颖且通用的框架，可以公开访问，设计来专门定位经推动的暗物质，且对于地球对到达探测器的暗物质衰减效应，作者对弹性及准弹性过程都进行了充分专门的模拟。在 PandaX-T 的 0.63tonne·year 曝光的试运行数据中，没有观测到显著超过背景的情况。对大气产生的轻暗物质与原子核间经由轻标量粒子传递的相互作用进行了第一次约束。最小的排斥截面设在 5.9×10 ^-37 cm ² ，对质量在 0.1Mev/c ² 的暗物质及质量在 300Mev/c ² 的中介粒子。 η 衰变到暗物质的分支比最小的上限为 1.6×10 ^-7 .

Search for Light Dark Matter from the Atmosphere in PandaX-4T

Xuyang Ning et al. (PandaX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041001

[ 编辑推荐 ] Two mammoth underground detectors have delivered more stringent upper limits on how strongly a putative dark matter candidate interacts with normal matter.

两台巨大的地下探测器为假想的候选暗物质与一般物质相互作用的强度提供了更严格的上限。 LUX-ZEPLIN 实验是一台以双相氙时间投影室为中心的暗物质探测器，在美国南达科他州里德市的 Sanford 地下研究设施运行。本文报告了 LUX-ZEPLIN 最初使用基准质量 5.5t 、曝光时间 60 天搜寻弱相互作用有质量粒子（ WIMPs ）的结果。档案似然比分析表明数据与只有背景的假设一致，对自旋无关的 WIMP- 核子、自旋依赖的 WIMP- 中子与同样自旋依赖的 WIMP- 质子的截面设定了新的极限，其中 WIMP 的质量高于 9Gev/c ² 。最严格的极限设在 36Gev/c ² 时自选无关的散射，在置信水平为 90% 时，排斥截面大于 9.2×10 ^-48 cm 。

First Dark Matter Search Results from the LUX-ZEPLIN (LZ) Experiment

J. Aalbers et al. (LUX-ZEPLIN Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041002

[ 编辑推荐 ] Two mammoth underground detectors have delivered more stringent upper limits on how strongly a putative dark matter candidate interacts with normal matter.

两台巨大的地下探测器为假想的候选暗物质与一般物质相互作用的强度提供了更严格的上限。作者报告了用 XENONnT 实验进行的对原子核反冲的第一次搜寻。原子核反冲来自弱相互作用有质量粒子（ WIMPs ）形式的暗物质。而 XENONnT 实验基于有质量为 5.9ton 的敏感液态氙的双相时间投影腔。在本实验所用的（ 1.09±0.03 ） ton yr 曝光中，液体靶中内在的 ⁸⁵ Kr 和 ²²² Rn 的浓度被减少到空前低的程度，在感兴趣的范围内，给出的背景电反冲率为（ 15.8±1.3 ） events/ton yr keV 。对能量介于 3.3 到 60.5keV 的原子核反冲事件的盲分析并未发现显著超额。这对 WIMP 质量为 28GeV/c ² 的自旋无关 WIMP- 核子截面导出了极小的上限： 2.58×10 ⁴⁷ cm ² ，置信区间为 90% ，也可以给出自旋依赖的相互作用的极限。文中分析的这些极限和对 WIMP 质量全区间的敏感性都优于之前在 XENON1T 实验中相同曝光所得的结果。

First Dark Matter Search with Nuclear Recoils from the XENONnT Experiment

E. Aprile et al. (XENON Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041003 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041003

引力波的环状极化是探测引力的宇称破坏与区分随机背景的原生与天体物理起源的有力可观测量。这一性质来自均匀与各向同性的天体物理背景所期望的非极化本性，与一些特定的能产生极化背景的宇宙学起源相冲突。但在本文中，作者证明在天体物理背景中仍有不可忽略的环状极化，在未探明源的数量上由 Poisson 波动产生，这由在第三代干涉仪上信噪比大于 2 来表征。作者也解释了在何种情况下引力波图可以从这一额外的噪声源中清除，利用对频率与角度的依赖关系，以寻找来自早期宇宙的信号。关于陆基与天基的干涉仪对极化宇宙学背景的未来探测也应当考虑这一前景贡献的存在。

Circular Polarization of the Astrophysical Gravitational Wave Background

L. Valbusa Dall’Armi, A. Nishizawa and et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 041401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041401

作者发现了形式上渐进平的黑洞解且有一般透镜空间拓扑 L （ p ， q ）的视界的第一个例子。这些五维的静态或稳态时空对任选的互质整数 1≤q ＜ p 在事件视界上与视界外都是规则的；特别地，圆锥奇性未出现。它们由 Kaluza-Klein 物质场支持，物质场来自高维真空解向圆环面的约化。这一技术足够可靠，可以导致对规则解的直接约束，在任何维度，都能实现视界面和外部通信区域的全部可能拓扑，这些拓扑是多重轴对称性允许的。最后，作为副产物，他们得到了高维下规则引力瞬子的新例子。

Black Lenses in Kaluza-Klein Matter

Marcus A. Khuri and Jordan F. Rainone

Phys. Rev. Lett. 131, 041402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041402

本文中，作者发表了将用于在即将到来的观测运行中，约化先进室女座 Plus 引力波探测器的宽频量子噪声的频率依赖压缩真空源的设计与表现。频率依赖的压缩场由频率无关的压缩态经过一个长 285m 、高灵敏度、近失谐的光学谐振器的相位转动产生。在产生约 8.5dB 的压缩时，测量到至多 5.6dB 的量子噪声抑制，而当接近过滤器腔共振频率时，腔内损耗将该值限制在约 2dB 。频率依赖的压缩由均方根 6Hz 的转动频率稳定性产生，这能够长期保持。达到的结果满足先进室女座 Plus 对频率依赖压缩真空源的需求。在现有压缩源的基础上，考虑到干涉导致的压缩劣化，作者预期对量子散粒噪声与辐射压力噪声的减小最多能分别有 4.5dB 和 2dB 。

Frequency-Dependent Squeezed Vacuum Source for the Advanced Virgo Gravitational-Wave Detector

F. Acernese et al. (Virgo Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041403 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041403

符号引导已被证明是计算多对数费曼积分和散射振幅的强大工具。在本文中，作者引入了椭圆费曼积分的符号引导。具体而言，作者对四维中依赖于九个对偶共形交叉比率的十二点双圈双箱图积分进行了符号引导。通过类似于舒伯特分析的方法，作者得到了符号字母表，其中包含 100 个对数以及九个简单的椭圆积分，作者同样将这种方法推广到了椭圆情况。特别地，作者找到了结果的 (2,2) 双乘积的一个简洁的单行公式。

Bootstrapping Elliptic Feynman Integrals Using Schubert Analysis

Roger Morales et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 041601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041601

作者从代数的角度分析具有颜色 - 运动学对偶的理论，并发现任何这样的理论都有一个基础的 BV ^▪ - 代数，扩展了 Reiterer 的思想 [A homotopy BV algebra for Yang–Mills and color–kinematics, arXiv:1912.03110] 。反过来，作者证明任何具有 BV ^▪ - 代数的理论都具有控制相互作用顶点的运动学李代数，无论在质壳还是离质壳上。作者解释了 BV ^▪ - 代数的典型例子是 Chern-Simons 理论，对应的运动学李代数同构于多矢量场上的 Schouten-Nijenhuis 代数。 BV ^▪ - 代数暗示了 Chern-Simons 理论已知的颜色 - 运动学对偶。类似地，作者证明了全纯和 Cauchy-Riemann-Chern-Simons 理论具有 BV ^▪ - 代数，并且在适当的扭量（ Twistor ）空间上，这些理论会组织并识别自对偶和全 Yang-Mills 理论的运动学李代数，以及具有扭量描述的任何场论的流。作者还表明，在某些假设下，这一结果在环路级别上得到了扩展。

Kinematic Lie Algebras from Twistor Spaces

Leron Borsten et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 041603 (2023) 

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041603

本文介绍了搜索横动量（  

  ）超过 450 GeV ，并衰变为一个夸克 - 反夸克对（ 

 ）的标准模型（ SM ）希格斯玻色子（ 

 ）的研究。该搜索是在 LHC 的 CMS 实验中使用质子 - 质子碰撞数据完成的，撞击能量为 

 ，对应的积分亮度为 

 。通过识别深度神经网络对于粲夸克标记的方法，将增强的 

 衰变产物重建为一个大半径喷注。通过测量与高动量喷注相关联的 

 衰变过程对该方法进行了验证。这是首次在信号强度为 

 （系统） 

 （理论） 

 （统计）观测到该过程。信号强度的定义是观察到的过程与 SM 预期的比率。在 95 ％置信水平下，设置了对 

 的观察（预期）上限，为 SM 预测的 47(39) 倍。

Search for Higgs Boson and Observation of  

  Boson through Their Decay into a Charm Quark-Antiquark Pair in Boosted Topologies in Proton-Proton Collisions at  

Tumasyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041801

如何判别希格斯产生机制，对于确定希格斯与规范玻色子的耦合，进而探索电弱对称破缺的性质，会起到至关重要的作用。作者提出了一种新颖的方法来区分 LHC 中希格斯加两个喷注产生机制，即利用希格斯加两个喷注产生中的两个前向喷注的喷注电荷不对称性。由于事件中两个前向喷注的电荷相关性，这种新的可观测量首次实现了将 W 融合过程与 Z 融合过程以及胶子融合过程区分开来。作者展示了希格斯与规范玻色子的耦合可以得到很好的限制，并且其结论不依赖于其他可能对希格斯总宽度或部分宽度进行修改的新物理效应。作者还讨论了在高亮度 LHC （ HL-LHC ）上进行的希格斯信号强度测量，和所提出的喷注电荷不对称性测量之间，在确定希格斯耦合方面的互补作用。

Discriminating between Higgs Production Mechanisms via Jet Charge at the LHC

Hai Tao Li, Bin Yan, and C.-P. Yuan

Phys. Rev. Lett. 131, 041802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041802

A search for nonresonant Higgs boson ( H ) pair production via gluon and vector boson ( V ) fusion is performed in the four-bottom-quark final state, using proton-proton collision data at 13 TeV corresponding to 138 fb ^{− 1} collected by the CMS experiment at the LHC. The analysis targets Lorentz-boosted H pairs identified using a graph neural network. It constrains the strengths relative to the standard model of the H self-coupling and the quartic V V H H couplings, κ _2V , excluding κ _2V = 0 for the first time, with a significance of 6.3 standard deviations when other H couplings are fixed to their standard model values.

Search for Nonresonant Pair Production of Highly Energetic Higgs Bosons Decaying to Bottom Quarks

Tumasyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041803 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041803

A search for the very rare D ⁰ → μ ⁺ μ ⁻ decay is performed using data collected by the LHCb experiment in proton-proton collisions at √s = 7, 8, and 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 9 fb ⁻¹ . The search is optimized for D ⁰ mesons from D ^*+ →D ⁰ π ⁺ decays but is also sensitive to D ⁰ mesons from other sources. No evidence for an excess of events over the expected background is observed. An upper limit on the branching fraction of this decay is set at B (D ⁰ →μ ⁺ μ ⁻ ) < 3.1 × 10 ^-9  at a 90% C.L. This represents the world’s most stringent limit, constraining models of physics beyond the standard model.

Search for Rare Decays of D 0 Mesons into Two Muons

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041804 (2023) – Published 26 July 2023

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041804

The first measurement of event-by-event antideuteron number fluctuations in high energy heavy-ion collisions is presented. The measurements are carried out at midrapidity ( | η | < 0.8 ) as a function of collision centrality in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV using the ALICE detector. A significant negative correlation between the produced antiprotons and antideuterons is observed in all collision centralities. The results are compared with a state-of-the-art coalescence calculation. While it describes the ratio of higher order cumulants of the antideuteron multiplicity distribution, it fails to describe quantitatively the magnitude of the correlation between antiproton and antideuteron production. On the other hand, thermal-statistical model calculations describe all the measured observables within uncertainties only for correlation volumes that are different with respect to those describing proton yields and a similar measurement of net-proton number fluctuations.

First Measurement of Antideuteron Number Fluctuations at Energies Available at the Large Hadron Collider

S. Acharya et al. (ALICE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041901 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041901

[ 编辑推荐 ] 欧洲核子中心的大型强子对撞机探测到了两个新的四夸克态的信号。其不寻常处在于它们的电荷和夸克组份。

在 LHCb 探测器收集的质子 - 质子碰撞数据中，针对衰变过程  

  以及 

 进行了综合振幅分析，这两个过程通过同位旋对称性相关。该分析基于在中心质心能量为 7 、 8 和 13 TeV 的条件下获得的数据。完整的数据样本对应的积分亮度为 

 。作者观测到两个新的共振态，质量为 2.908 ± 0.011 ± 0.020 GeV ，宽度为 0.136 ± 0.023 ± 0.013 GeV 。这些态分别衰变到 

 和 

 。前者意味着首次观测到对应于具有最小夸克组成  

   的双带电开粲四夸克态，后者对应于由 

 夸克组成的中性四夸克态。这两个态均具有自旋宇称为 0 ⁺ ，它们的共振参数相互一致，这暗示它们属于同位旋三重态。

First Observation of a Doubly Charged Tetraquark and Its Neutral Partner

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 041902 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.041902

ALICE 合作组在质心系能量为√ s =13 TeV 的质子 - 质子对撞中首次测量了喷注内、外的（反）氘核横向动量 ( p _T ) 谱和聚结参数 B ₂ 。他们将事件中 p _T 最高的主导粒子 ( p _T ^lead >5GeV/c) 的方向近似为喷注轴，并根据方位角将事件划分为三个区域，通过比较朝向区域（除了基础事件（ UE ）之外还包含喷注碎片产物）与由 UE 主导的横向区域的（反）氘核微分产率，提取了喷注信号。他们发现喷注中的聚结参数比 UE 中的聚结参数大约 10 倍。该实验结果与聚结绘景一致，可以归因于喷注锥中核子的平均相空间距离小于 UE 中的核子平均相空间距离。他们将实验结果与简单的核子聚结模型以及氘核产生模型的预言进行了对比。聚结模型中核子的相空间分布由 Monash 2013 调整版的 _PYTHIA8 生成，而产生模型的基础是一个具有参数化能量依赖反应截面的普通核反应模型，并且该模型的反应截面根据实验数据进行过调整，此模型已收录于 _PYTHIA8.3 。两个模型都再现了实验观测到的喷注内、外聚结参数间的巨大差异，尽管模型计算的 B ₂ ^Jet 随着 p _T 增大逐渐减小，而非实验观测到的几乎不变。

（肖杨）

Enhanced Deuteron Coalescence Probability in Jets

S. Acharya et al. (ALICE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 042301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.042301

LHCb 合作组利用 LHCb 探测器，在每核子质心能量 8.16 TeV 的质子 - 铅对撞中测量中性 π 介子的核修正因子。他们测量了横向动量 ( p _T ) 1.5< p _T <10.0  GeV ，且相对于质子束方向定义的质心赝快度 ( η _c.m. ) 的前向 (2.5< η _c.m. <3.5) 和后向 (-4.0< η _c.m. <-3.0) 区域中 π ⁰ 的微分反应截面。 π ⁰ 的产生在前向区域中受到相当大的抑制，而在后向区域得到增强（首次被实验证实）。这些测量为高能核对撞中核结构与粒子产生模型提供了精确的约束。

（肖杨）

Nuclear Modification Factor of Neutral Pions in the Forward and Backward Regions in p−Pb Collisions

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 042302 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.042302

ALICE 合作组通过测量 J / ψ 双缪子衰变道产物的角分布，研究了 LHC √ s _NN =5.02TeV 的铅 - 铅对撞中产生的单举 J / ψ 的极化。他们在快度 2.5 < y < 4 的三个不同横向动量区间 (2 < p _T < 4, 4 < p _T < 6, 6 < p _T < 10 GeV/c) 开展了（ J / ψ 极化的）研究，并在 4 < p _T < 6 GeV/c 区域研究了极化参数随着对撞中心度的变化。通过考虑 J / ψ 静止系中正电荷衰变缪子与实验室系中垂直于事件平面矢量的轴之间的夹角，他们首次测量了 J / ψ 相对于对撞事件平面的极化，并在 2 < p _T < 4 GeV/c 和 30%-50% 中心度区域测到了一个小的横向极化（信号），其置信度达 3.9 σ 。 J / ψ 极化可能与铅 - 铅对撞中形成的夸克 - 胶子等离子体所具有的大涡度旋转流体行为，以及其形成初期存在强磁场有关。

（肖杨）

Measurement of the J / ψ Polarization with Respect to the Event Plane in Pb-Pb Collisions at the LHC

S. Acharya et al. (ALICE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 042303 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.042303

高能重离子对撞中的极化夸克和反夸克会导致由夸克聚结形成的矢量介子的自旋排列。 Xin-Li Sheng 等人基于有效夸克 - 介子模型给出的强相互作用，通过夸克聚结模型研究强子化过程，并利用从 kadanoff-Baym 方程导出的矢量介子的相对论自旋玻尔兹曼方程，计算了 ϕ 介子的自旋密度矩阵元 ρ ₀₀ 。他们的结果表明相对于自旋量子化方向的局域场关联的各向异性导致了 ϕ 介子的自旋排列。他们指出 ϕ 场的涨落或局域关联是观测到的 ϕ 介子自旋排列的主要机制，其强度随对撞能量的函数可以从实验数据中提取。他们计算得到的 ρ ₀₀ 的横向动量依赖与 STAR 的数据一致，而他们预言的 ρ ₀₀ 的方位角依赖可以在未来的实验中得到检验。

（肖杨）

Spin Alignment of Vector Mesons in Heavy-Ion Collisions

Xin-Li Sheng et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 042304 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.042304

作者报道了电子偶素 2 ³ S ₁ →2 ³ P ₂ ( ν ₂ ) 能级间的新测量结果。作者使用改进的实验安排显著减少了微波反射的影响，这在之前的实验中会导致频移和线形不对称。通过改进仪器，作者得到了实验值 ν ₂ =8627.94±0.95MHz ，这与理论值 8626.71±0.08MHz 相差不超过 1.3σ 。

Precision Microwave Spectroscopy of the Positronium 2 ³ S ₁ →2 ³ P ₂  Interval

R. E. Sheldon, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043001

强 x- 射线和极紫外 (XUV) 光源已经存在了几十年。然而，由于在 XUV 光子能量范围内非线性相互作用较弱，观测 XUV 脉冲诱导的拉比振荡仍是一项非常具有挑战性的实验任务。本文中，作者提出了一种方案，即通过强 XUV 泵浦脉冲对 He 介质进行光电离，然后在 He ⁺ (1 s −3 p ) 跃迁处发生强布居反转和拉比振荡，并让 7.56 eV 脉冲的超荧光（ SF ）伴随 He ⁺ (3 p −2 s ) 跃迁。作者的数值模拟表明，光子能量为 48.36 eV 的 XUV 脉冲诱导的 He ⁺ (1 s −3 p ) 跃迁的拉比振荡在 SF 光谱中产生显著的特征，使人们能够识别和表征 XUV 诱导的拉比振荡机制。该方案为监测和控制由强 XUV 触发的原子和分子中的超快非线性动力学提供了一个灵敏的工具。

Proposal for Observing XUV-Induced Rabi Oscillation Using Superfluorescent Emission

Jun Jie Cui, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043201

前不久实验上实现了具有内禀两体损耗的极性基态 KRb 分子的单组分简并费米气体 [L. De Marco  et al. , A degenerate Fermi gas of polar molecules,  Science  363 , 853 (2019) .] 。 受此 启发 ，本文研究了弱相互作用下单组分费米气体的有限温度损耗率。首先，作者建立了两体损耗率与 p - 波接触之间的关系。其次，作者在低温区域使用 p - 波费米液体理论，在高温区域使用二阶维里展开评估了中均匀系统的接触。第三，假设在这两个温度范围之间没有相变，作者就将结果平滑地插值到中间温度。研究发现，接触在接近零温下是恒定的，并先随温度的增加而二次增加，最后在高温下线性增加，这符合 Bethe-Wigner 阈值定律。第四，应用局域密度近似，作者获得了谐波俘获系统的损耗率系数，在没有拟合参数的情况下，在统一的理论框架内再现了宽温度范围内的实验 KRb 损耗测量。作者的接触结果不仅适用于分子 p - 波气体，也适用于原子单组分费米气体，如 ⁴⁰ K 和 ⁶ Li 。

Temperature-Dependent Contact of Weakly Interacting Single-Component Fermi Gases and Loss Rate of Degenerate Polar Molecules

Xin-Yuan Gao, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043401

[ 编辑推荐 ] 提出了一种方法使用电场让两个超冷偶极分子形成四聚体，这类似于两个原子之间的磁场结合形成分子。

电场或微波场的存在可以改变超冷偶极分子之间的长程力，从而调控分子对的弱束缚态。这些所谓的场连接态 [A.   V. Avdeenkov and J.   L. Bohn,  Phys. Rev. Lett.  90 , 043006 (2003) .; L. Lassablière and G. Quéméner,  Phys. Rev. Lett.  121 , 163402 (2018) .] 在散射实验中被观察到为共振态 [X.-Y. Chen  et al. ,  Nature (London)  614 , 59 (2023) .] ，其中两个束缚分子之间的距离可以比分子本身大几个数量级。本文中，作者提出将它们作为工具，通过电场梯度 ( 原子中磁缔合的电场模拟 ) 来组装弱束缚的四聚体分子。这种能力将为构建超冷多原子分子提供新的可能性。

Electroassociation of Ultracold Dipolar Molecules into Tetramer Field-Linked States

Goulven Quéméner, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043402

作者研究了具有动力学约束动力学的 Fermi-Hubbard 模型，该模型保持总粒子数和总质心不变，这种情况在相互作用费米子被放置在强倾斜光学晶格中时出现。通过分析和数值的结合，作者展示了动力学约束如何稳定由与无隙玻色场耦合的费米子描述的奇异非费米液相，这在几个方面模拟了动力学规范场。这为在超冷原子平台提供的精密环境中研究非费米液相提供了一条新的途径。

Non-Fermi Liquids from Kinetic Constraints in Tilted Optical Lattices

Ethan Lake and T. Senthil

Phys. Rev. Lett. 131, 043403 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043403

作者研究了与超导腔强耦合的反转自旋系综的超辐射发射。在快速反转后，作者将自旋从腔中失谐，并将反转存储数十毫秒，在此期间，剩余的横向自旋分量消失。切换回共振使人们能够研究超辐射的开始。几百个光子的弱触发脉冲将超辐射爆发时间提前并将其相位印记到发出的辐射上。对于长的保持时间，反转降低到自发超辐射的阈值以下。在那里，存储在系综中的能量可以用于放大通过空腔的微波脉冲。

Triggered Superradiance and Spin Inversion Storage in a Hybrid Quantum System

Wenzel Kersten, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043601

固态自旋缺陷，特别是具有潜在可实现的长相干时间的核自旋，是量子存储器和传感器的理想候选。然而，目前它们的性能仍受内禀四极和超精细相互作用变化引起的退相干限制。作者提出一个不平衡回波克服这个挑战，通过使用第二个自旋重新聚焦这些相互作用变化，同时保留存储在核自旋自由演化中的量子信息。不平衡回波可以用于探测材料中的温度和应变分布。作者发展第一性原理方法预测这些相互作用的变化，并揭示它们在大温度和应变范围内的相关性。在金刚石中 ∼ 10 ¹⁰ 个核自旋系综中进行的实验表明，受其他噪声源限制，退相干时间增加了 20 倍。作者进一步用数值方法表明他们的方法可以重新聚焦比实验中更强的噪声变化。

Characterizing Temperature and Strain Variations with Qubit Ensembles for Their Robust Coherence Protection

Guoqing Wang ( 王国庆 ), et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043602

作者报道了直径为 100μm （相当于 5.6μg 的质量）的超导铅锡球在由两个反亥姆霍兹结构的线圈形成的静态磁阱中悬浮，可调共振频率高达 240 Hz 。使用直流超导量子干涉装置和光学装置对球体的质心运动进行磁监测，质量因子高达 2.6×10 ⁷ 。作者还演示了球体运动的 3D 磁反馈控制。该装置安装在 15 mK 的稀释冰箱中。通过实现低温隔振系统，作者可以将 200Hz 的环境振动衰减大约 7 个数量级。低温、大质量和高质量因子的结合为在以前未探索的高质量和长相干时间的领域中测试量子物理提供了一个很有前途的平台。

High-Q Magnetic Levitation and Control of Superconducting Microspheres at Millikelvin Temperatures

J. Hofer, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043603 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043603

作者表明在渐变折射率多模光纤中同时调制传播常数和增益 / 损耗系数会导致模式之间的单向耦合，会根据调制参数来增强或减少高阶横向模式的激发。在后一种情况下，预测到有效的模式清除效果，理想情况下可以得到单模空间相干输出。该效应在简化的高斯光束近似下用半解析方式得以预测，并通过求解引入非厄米调制势的波动方程得到数值验证。

Non-Hermitian Mode Cleaning in Periodically Modulated Multimode Fibers

Mohammad Nayeem Akhter, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043604 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043604

[ 编辑推荐 ] 在量子领域中运行的一种用于振动能量而非光的激光器可以帮助研究人员了解量子力学中自旋、振动和耗散之间的相互作用。

作者展示了一个具有两个竞争耗散通道的俘获离子系统，该系统在 Paul 阱中共同俘获的两个离子物种上得以独立实现。通过控制相干自旋 - 振荡器耦合和光抽运速率，作者探索了该系统的相图，发现它表现出类似于（声子）激光器的状态，但在接近量子基态的情况下运行，平均声子数 n <10 。作者展示了振荡器与额外的共振驱动相位锁定，并通过从特征函数的测量重建量子态来考察所得态在耗散影响下的相位扩散。

Phonon Laser in the Quantum Regime

T. Behrle, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 043605 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.043605

[ 编辑推荐 ] A new method can generate intense, extreme-ultraviolet (XUV) pulses with time-dependent polarization using a free-electron laser, which may lead to new coherent control schemes for probing and manipulating core electrons in matter.

Giovanni Perosa 等人演示了偏振随时间变化的极紫外（ XUV ）自由电子激光（ FEL ）脉冲的产生。为了在飞秒时间尺度上实现偏振调制， Giovanni Perosa 等人将由两个交叉偏振波荡器产生的两个相互延迟的反向旋转圆偏振子脉冲进行耦合。通过角分辨光电发射和氦的阈值以上电离来探测脉冲的偏振剖面；结果与含时薛定谔方程的解一致。该方案的稳定性极限主要由电子 - 束能量涨落决定，但一般条件下该涨落不会影响极紫外实验。研究结果证实了基于偏振整形的方案在提高分辨率和元素选择性方面的潜力，并可能引领用于探测和操纵物质中核心电子的新相干控制方案的发展。

（陈鹏）

Femtosecond Polarization Shaping of Free-Electron Laser Pulses

Giovanni Perosa, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 045001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.045001

[ 编辑推荐 ] 在各向异性延伸气凝胶中，超流体氦 -3 的磁化率表现出平面气凝胶结构中表面 Andreev 束缚态的行为。

作者使用核磁共振测量各向异性气凝胶中吸入的超流 ³ He 的磁化率，揭示了其在低温下的异常行为。虽然频移清楚地识别出低温的相为 B 相，但磁化率并没有显示出与相反自旋库珀对形成相关的预期降低。这种磁化率异常似乎被预测为强场行为，对应于平面气凝胶结构中表面 Andreev 束缚态的 Ising 类磁性特征。

（刘瑞）

Magnetic Susceptibility of Andreev Bound States in Superfluid ³ He−B

J. W. Scott, M. D. Nguyen et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046001

尽管这些年对拓扑系统的研究已经非常丰富，但对于强的非线性拓扑相的实验表征却一直较为缺乏。为了解决这个问题，作者设计并构建了椭圆齿轮等静压超材料。它们的非线性拓扑跃迁可以通过集体孤子运动来实现，这源于非线性的 Berry 相的跃迁。由于本征的非线性拓扑力学的存在，表面极化弹性和位错束缚的零模可以在拓扑极化反转时产生或湮灭。作者的方法集成了拓扑物理和强非线性力学并且展示了在微观和宏观尺度上的多相结构。

（郭维安）

Nonlinear Topological Mechanics in Elliptically Geared Isostatic Metamaterials

Fangyuan Ma, Zheng Tang et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046101

[ 编辑推荐 ] 将实空间和动量空间映射相结合的 Moiré 超晶格研究揭示了某些范德华材料中引人入胜的平带物理现象。

最近观察到过渡金属二硫化物 Moiré 系统在整数和分数填充时出现了相关相，这为理解金属 - 绝缘体转变和在此类转变附近可能出现的非常规物态提供了新的见解。在本篇文章中，作者结合实空间和动量空间的映射技术来研究 57.4° 转角 WSe ₂ （ tWSe ₂ ）中的莫尔超晶格效应。作者的数据表现出源自单层 Γ 态的一个分裂的平带。通过先进的数据分析，作者直接量化了 Moiré 势能。作者进一步证明 tWSe ₂ 中的全局价带的最大值接近这个平带的能量，但是其源自于具有较弱超晶格效应的单层 K 态。这些结果限制了理论模型，并且展示出了 Γ-valley 平带可能参与扭曲 WSe ₂ 的相关物理现象的前景。

（毛慧灿）

Flat Γ Moiré Bands in Twisted Bilayer WSe ₂

G. Gatti et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046401

作者研究了电子库仑相互作用在过渡金属二硫化合物 moiré 异质双层结构中对位移场诱导拓扑相变的影响。作者发现，当层间隧穿较弱或库仑相互作用未被强烈屏蔽时，向列激子绝缘体相打破了 moiré 超晶格的三重旋转对称性，并在 AA 和 AB 堆叠的异质双层中先出现了拓扑相变。向列性源于层间隧穿的非平庸空间结构（这对拓扑 Chern 带的存在至关重要）与库仑相互作用引起的层间相干性（这有利于层间伪自旋方向的均匀）之间的阻挫。作者构建了一个统一有效的双带模型，该模型捕捉了能带反转附近的物理现象，并适用于 AA 和 AB 堆叠的异质双层。在该双带模型中，向列激子绝缘体相和 Chern 绝缘体相之间的竞争可以理解为随着层间隧穿的增加， s 波和 p 波激子间的能级切换。

（彭怡然）

Nematic Excitonic Insulator in Transition Metal Dichalcogenide Moiré Heterobilayers

Ming Xie, Haining Pan et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046402

在凝聚态物理中，谱函数是将实验探测与理论模型联系起来的核心。然而，对相互作用量子物质进行精确的数值计算仍然是一个重要的挑战，尤其超出一维时。在这项工作中，作者发展了一种通用的方法，使用神经量子态来获得谱特性，该方法基于对最初局域在实空间或动量空间中的激发的动力学的模拟。作者将这种方法应用于计算不同二维量子伊辛模型的量子临界点（ QCP ）附近的动力学结构因子，包括描述里德伯原子阵列的复杂密度波序的模型。当与深度网络架构相结合时，作者发现作者的方法可靠地描述了具有高达 24×24 自旋的阵列的动力学结构因子，包括临界点处的发散时间尺度。作者的方法广泛适用于二维相互作用量子晶格模型，因此开辟了一条在难以接近的区域中计算关联量子物质的谱性质的途径。

（郑鹏宇）

Highly Resolved Spectral Functions of Two-Dimensional Systems with Neural Quantum States

Tiago Mendes-Santos et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046501 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046501

作者报道了在塞曼场中使用电场调控费米能级至拓扑带隙时量子受限砷化镉 (Cd ₃ As ₂ ) 薄膜的拓扑相变。在这种情况下，对称性方面的考虑预测了二维 Weyl 半金属 (2D WSM) 的出现，在电荷中性处具有一对相反手性的 Weyl 节点，受到时空反演 (C ₂ T) 对称的保护。作者发现二维 WSM 相位显示出独特的输运特征，包括在平面磁场范围内持续存在的 h / e ² 量级的饱和电阻率。此外，施加一个小的面外磁场，同时保持面内磁场在二维 WSM 相的稳定范围内，会产生一个良好的的奇数量子霍尔效应，这是简并的大质量 Weyl 费米子的特征。 Cd ₃ As ₂ 的最小四带 k ⋅ p 模型包含第一性原理有效 g 因子，定性地解释了作者的发现。

（刘瑞）

Zeeman Field-Induced Two-Dimensional Weyl Semimetal Phase in Cadmium Arsenide

B. Guo, W. Miao et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046601

[ 编辑推荐 ] 通过在铁磁 - 反铁磁双层结构中对反铁磁和铁磁的耦合，反铁磁动力学可以在 GHz 范围内可视化。

作者利用宽带铁磁共振（ FMR ）和布里渊区散射光谱研究了 Mn ₂ Au/Py(Ni ₈₀ Fe ₂₀ ) 薄膜双层的磁化动力学。在这项研究中使用的双层结构表现出两种谐振模式，零场频率高达近 40 GHz ，远高于单层的 Py FMR 。作者同时通过模型计算确认了这些模式的出现要归因于 Py FMR 和 Mn ₂ Au 的两个反铁磁共振（ AFMR ）模式的耦合。对于 nm 厚的 Py ，室温下的耦合强度约为 1.6 T nm 。作者的模型揭示了混合模式对于 AFMR 频率和界面耦合的依赖性，以及穿过 Mn ₂ Au/Py 界面的自旋波的瞬时特性。

（郭维安）

Coupling of Ferromagnetic and Antiferromagnetic Spin Dynamics in Mn ₂ Au/NiFe Thin Film Bilayers

Hassan Al-Hamdo, Tobias Wagner et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046701 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046701

作者考虑了一个铁电体标准的金兹堡 - 朗道模型，其电极化程度与弹性应变梯度相耦合。在谐波级别上，这种弯曲电效应会使声子和光子模式混合，并导致具有调制晶格结构的相，这种相将先于具有自发破缺倒置对称性的状态出现。在本篇文章中，作者使用自洽声子近似来计算热和量子极化涨落对裸混合模式的影响，以表明这种长程调制序在所有温度下都是不稳定的。作者讨论了这对于近铁电体 SrTiO ₃ 和 KTaO ₃ 的影响，并提出这些系统是基础调制态的熔化版本，除了在非常低的温度下，它们将受到非零动量热涨落的主导。

（毛慧灿）

Lamellar Fluctuations Melt Ferroelectricity

G. G. Guzmán-Verri et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 046801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.046801

[ 编辑推荐 ] 晶体不能在平衡状态下的二维粒子系统中形成。一项新的研究发现，如果系统失去平衡，超均匀二维晶体就会自发形成。

粒子系统受非平衡涨落驱动时，可能会出现相变和在平衡条件下不存在的物理行为。 Galliano 等人研究了具有质心守恒的二维各向同性模型在高密度条件下非平衡随机组织动力学与结构有序之间的相互作用，发现系统随密度的增加而变得有序，但这种相变的性质不同于平衡和已知的非平衡情况。研究表明，在有序相中，由于缺乏能量均分、声子受到抑制以及密度涨落的高度均匀性，产生了长程平移有序。因此，在远离平衡的情况下，超均匀二维晶体会自发形成。

Two-Dimensional Crystals far from Equilibrium

Leonardo Galliano et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 047101 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.047101

[ 编辑推荐 ] 线性聚合物在变截面通道上的迁移时间与聚合物尺寸呈非单调关系，这可能是设计聚合物分选通道的有力工具。

限制在波纹通道中的聚合物（即幅度变化的通道）随着聚合度 n 的增加，扩散系数会出现多个局部最大值和最小值。 E. Locatelli 等人基于 Fick-Jacobs 方法提出了线性聚合物的理论有效自由能。他们用数值验证了预测的结果，得到了有效自由能、扩散系数和平均首次通过时间的定量一致。最终，他们使用有效自由能来计算扩散系数呈现最小值的聚合物长度 N _min ：他们找到了一个用斑点模型合理化的标度律表达式。他们的结果可能有助于设计多孔吸附剂，分离不同尺寸的聚合物，而不需要外部流动的作用。

（张清源）

Nonmonotonous Translocation Time of Polymers across Pores

Emanuele Locatelli, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 048101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.048101

Eshghi 等人在染色质动力学模型中发现了一种新的非平衡相变，它解释了实验中观察到的相干运动，而相干运动是源于拴在染色质上的分子马达间的长程协作。如果每个马达同时作用于聚合物和周围的溶剂，对它们施加相等和相反的力，就会产生协作。这驱动着溶剂流过聚合物，进而影响附近马达的方向。如果驱动足够强大，马达的活跃极性 (“ 铁磁 ”) 相就可以自发形成。根据边界条件，横向流动或持续的纵向振荡和波动都是可能的。其预测的长度尺度与实验一致。他们现在用一种粗粒化描述的染色质动力学重现在实验中看到的定向连贯的染色质流动。这种场论描述可以解析耦合到核环境的其他特征，如波动或多孔边界，染色质分布的局部异质性或其活性，从而深入了解活性对细胞核及核内物质的影响。

（张清源）

Activity-Driven Phase Transition Causes Coherent Flows of Chromatin

Iraj Eshghi, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 048401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.048401

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