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中國科大提出量子臨界體系實現衍生超對稱的必要條件

2019年08月08日 11:03 來源:中安在線

  8月7日,記者從中國科學技術大學獲悉,該校在超導量子臨界現象的基礎理論研究取得新進展。據了解,中國科大近代物理系劉國柱副教授課題組提出了一個在量子臨界體系中實現衍生超對稱的必要條件,這爲在凝聚態物理中找尋有效超對稱提供了有價值的限制和理論指導。

  其實,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部對稱性結合起來。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夥伴,它們質量相等但自旋相差1/2。

  據悉,這種超對稱有望解決標准模型的等級問題,並以很巧妙的方式消除量子場論計算過程中遇到的各種發散,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,經過近半個世紀的探索,科學家從未在高能物理實驗中發現超對稱存在的迹象,甚至連間接實驗證據都沒有找到。

  劉國柱課題組多年來一直從事量子相變和量子臨界現象的基礎理論研究,從長期的研究經驗可知,如果一個量子多體系統中所有的費米型和玻色型元激發都是無質量(無能隙)的,那麽該體系通常是熱力學不穩定的,因爲粒子間的相互作用在低能區域變得特別強,導致計算諸多物理量的過程中都會遇到嚴重的紅外發散。描述量子臨界體系的有效低能模型可能包括非解析的相互作用項,就會阻止時空超對稱的出現。前人的理論研究沒有發現紅外發散,原因在于他們未能恰當地考慮大量重要的極低能粒子散射過程。

  基于這個想法,劉國柱課題組仔細研究了狄拉克和外爾半金屬體系中超導量子臨界點處的物理性質,證實無質量的費米子和玻色子間的相互作用確實能導致紅外發散,並因此産生無窮多的非定域相互作用項,從而使得體系無法滿足超對稱。想在凝聚態體系中實現超對稱,必須首先保證紅外發散和非定域相互作用項均不存在,這爲衍生超對稱的探索提供了一個嚴重的約束條件。一般而言,如果費米子和玻色子均有質量(能隙),則體系不存在任何紅外發散,這樣的體系才是實現衍生超對稱的理想候選者。這一研究爲在凝聚態物理中找尋有效超對稱提供了有價值的限制和理論指導。(聶靜潔)


編輯:成展鵬

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