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cyqdesign 2019-08-14 11:20

中國科大在超導量子臨界現(xiàn)象的基礎理論研究中取得進展

近期，中國科學技術大學近代物理系副教授劉國柱課題組在凝聚態(tài)體系中量子臨界現(xiàn)象理論研究方面取得新進展，提出了一個在量子臨界體系中實現(xiàn)衍生超對稱的必要條件，為在凝聚態(tài)物理中找尋有效超對稱提供了有價值的限制和理論指導，相關研究結(jié)果以Absence of emergent supersymmetry in superconducting quantum critical points in Dirac and Weyl semimetals 為題，于7月22日發(fā)表于npj Quantum Materials 4, 37 (2019)。 kDiR2K&  
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　　超對稱是基本粒子物理學家于上世紀70年代提出的概念，它將時空對稱性和內(nèi)部對稱性結(jié)合起來。超對稱理論預言，任何一種基本粒子都有與之相伴的超對稱伙伴（superpartner），它們質(zhì)量相等但自旋相差1/2。超對稱有望解決標準模型的等級問題（hierarchy problem），并以很巧妙的方式消除量子場論計算過程中遇到的各種發(fā)散，是弦論的基礎。由于這些原因，超對稱在粒子物理領域具有重要地位。遺憾的是，經(jīng)過近半個世紀的探索，科學家從未在高能物理實驗中發(fā)現(xiàn)超對稱存在的跡象，甚至連間接實驗證據(jù)都沒有找到。 6!U~dt#a  
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　　近幾十年來，凝聚態(tài)物理學家逐漸形成一個共識，通過調(diào)節(jié)某些參數(shù)，可操控粒子的運動和粒子間的相互作用，由此可在凝聚態(tài)物理體系中實現(xiàn)高能粒子物理領域提出和發(fā)展的重要概念。實際上，狄拉克費米子、外爾費米子、磁單極、手征反常等高能物理概念，都已在凝聚態(tài)體系得以實現(xiàn)。一個有趣的問題是，超對稱能否在凝聚態(tài)體系中實現(xiàn)？2014年，有研究者提出可通過如下途徑實現(xiàn)超對稱：三維拓撲絕緣體的表面態(tài)是二維空間中的狄拉克費米子，如果粒子間的吸引力足夠強，可導致庫珀配對（Cooper pairing），該表面將經(jīng)歷從半金屬態(tài)到超導態(tài)的量子相變，在該相變的量子臨界點處，狄拉克費米子質(zhì)量為零，而超導序參量漲落對應的有效玻色子也是無質(zhì)量的，兩者質(zhì)量相同（均為零）且自旋相差1/2，滿足超對稱的基本前提條件。重整化群計算發(fā)現(xiàn)，盡管在微觀層次（小尺度范圍）體系不滿足超對稱，但通過粒子間的相互作用，在宏觀層次（大尺度范圍）體系跑動到滿足超對稱的固定點。這種僅在宏觀層次展現(xiàn)的有效超對稱，被稱為衍生超對稱（emergent supersymmetry）。這一理論提議的潛在意義在于，可通過相對簡單的凝聚態(tài)物理實驗，檢驗超對稱量子場論的諸多有趣的理論預言，并將其用于研究豐富多彩的量子臨界現(xiàn)象。上述理論進展立刻引起廣泛關注，激發(fā)了一系列后續(xù)研究，在凝聚態(tài)體系中尋找衍生超對稱很快成為一個新興的研究方向。 tnX W7ej