冷里德堡原子气体中的异常点与滞后轨迹：非厄米多体物理的新范式

编辑推荐：研究团队通过调控冷里德堡原子气体的长程相互作用，首次观测到相互作用诱导的异常点(EPs)和滞后轨迹，揭示了电荷共轭宇称(CP)对称性破缺现象，为研究非厄米多体系统中的相变动力学和能量耗散机制提供了新平台。

　　在量子多体系统研究中，长程相互作用与相干驱动的协同效应往往能产生复杂的物质形态和对称性破缺现象。然而，这种相互作用同时会引入额外的耗散通道，导致非厄米动力学行为，其中异常点(Exceptional Points, EPs)作为非厄米系统特有的简并点，已成为探索拓扑相变、手性传输等新奇物理现象的重要窗口。尽管在光学和电子系统中已有相关研究，但在具有可控长程相互作用的冷原子体系中实现EPs仍面临挑战。中国科学技术大学的研究团队通过精密调控里德堡原子气体中的范德瓦尔斯(vdW)相互作用，首次观测到相互作用诱导的二阶和三阶异常点，并发现独特的滞后轨迹现象，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用三能级里德堡原子系统（基态|g?、亚稳态|e?和里德堡态|r?），通过电磁诱导透明(EIT)技术探测原子响应。关键技术包括：1）磁光阱(MOT)制备⁸⁵Rb冷原子系综；2）双光子激发实现|47D_5/2,F=5,m_F=-5?里德堡态；3）可编程声光调制器控制探测场(Ω_p)扫描；4）光电倍增管(PMT)实时监测透射信号；5）基于Lindblad主方程的均值场理论模拟。

物理模型部分揭示了非厄米哈密顿量H₁的独特性质：当Δ_p=Δ_c=0时，系统受CP对称性保护（U_CPH₁U_CP^-1=-H₁^*），而有效耗散项γ_eff=Vρ_rr（V为相互作用强度）会破坏该对称性。理论计算显示，随着γ_eff增大，系统会经历三阶EP（三个本征值同时简并）和二阶EP（两对本征值简并）的相变过程。

实验结果部分首次展示了相互作用诱导的EPs特征：当探测强度(Ω_p/2π)²≤14.5 MHz²时呈现正常EIT谱；当(Ω_p/2π)²增至36.5 MHz²时，EIT峰分裂为两个（对应二阶EP），标志着CP对称性破缺。通过改变光学密度(OD)和主量子数n（40-50），研究还发现滞后轨迹的独特现象：在OD=8.0时，透射信号对Ω_p的扫描方向表现出显著记忆效应，形成滞后环，其面积随扫描时间T_s呈指数增长（拟合函数y=ae^-b(x-d)α+c），而低密度体系(OD=4.5)则保持线性响应。

讨论部分指出，该工作为研究非厄米多体物理提供了新范式：1）三阶EPs的发现为拓扑量子传感提供了新平台；2）滞后轨迹揭示了相互作用诱导耗散的动力学过程；3）里德堡体系的可控性有助于探索CP对称性破缺与拓扑相变的关系。这些发现不仅深化了对非厄米系统中能量耗散机制的理解，还为开发基于里德堡原子的量子模拟器开辟了新途径。