相变过程中序参量的非高斯统计特性

《Nature》：Non-Gaussian statistics of the order parameter across a phase transition

　　

摘要

二阶相变的特点是存在临界标度律和普适性¹。在相变点处热力学量的奇异行为尤其由该相变的普适类临界指数决定。不过，临界性质也取决于相变过程中序参量分布的概率情况^2,3，此类情况下预期会出现非高斯统计特性^4,5,6，但这一领域至今仍未得到充分研究⁷。在此，我们利用动量空间中的单原子分辨率探测技术⁸，测量了相互作用晶格玻色气体在连续相变过程中序参量振幅的完整概率分布⁹。我们发现，这些波动可以用一种有效势来描述——该有效势是通过类比朗道理论，根据测得的概率分布重建得到的¹⁰——这种有效势在超流体（有序）相中存在一个非平凡的最小值，而在相变点处该最小值消失。此外，我们在相变点附近观测到序参量的非高斯统计特性，表现为非零的高阶累积量会突然改变符号。我们通过数值计算表明，在均匀系统中这些累积量的符号变化遵循临界标度律，而经典模型无法解释这类实验现象，只有低温量子模型才能对其进行描述。我们的研究结果凸显了序参量统计在探究临界现象与普适性方面的关键作用。