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中国科大提出量子临界体系实现衍生超对称的必要条件

中安在线  2.71万阅读  2019-08-08 16:00:29

中国科大提出量子临界体系实现衍生超对称的必要条件

中安在线、中安新闻客户端讯8月7日,记者从中国科学技术大学获悉,该校在超导量子临界现象的基础理论研究取得新进展。据了解,中国科大近代物理系刘国柱副教授课题组提出了一个在量子临界体系中实现衍生超对称的必要条件,这为在凝聚态物理中找寻有效超对称提供了有价值的限制和理论指导。

其实,超对称是基本粒子物理学家于上世纪70年代提出的概念,它将时空对称性和内部对称性结合起来。超对称理论预言,任何一种基本粒子都有与之相伴的超对称伙伴,它们质量相等但自旋相差1/2。

据悉,这种超对称有望解决标准模型的等级问题,并以很巧妙的方式消除量子场论计算过程中遇到的各种发散,是弦论的基础。由于这些原因,超对称在粒子物理领域具有重要地位。遗憾的是,经过近半个世纪的探索,科学家从未在高能物理实验中发现超对称存在的迹象,甚至连间接实验证据都没有找到。

刘国柱课题组多年来一直从事量子相变和量子临界现象的基础理论研究,从长期的研究经验可知,如果一个量子多体系统中所有的费米型和玻色型元激发都是无质量(无能隙)的,那么该体系通常是热力学不稳定的,因为粒子间的相互作用在低能区域变得特别强,导致计算诸多物理量的过程中都会遇到严重的红外发散。描述量子临界体系的有效低能模型可能包括非解析的相互作用项,就会阻止时空超对称的出现。前人的理论研究没有发现红外发散,原因在于他们未能恰当地考虑大量重要的极低能粒子散射过程。

基于这个想法,刘国柱课题组仔细研究了狄拉克和外尔半金属体系中超导量子临界点处的物理性质,证实无质量的费米子和玻色子间的相互作用确实能导致红外发散,并因此产生无穷多的非定域相互作用项,从而使得体系无法满足超对称。想在凝聚态体系中实现超对称,必须首先保证红外发散和非定域相互作用项均不存在,这为衍生超对称的探索提供了一个严重的约束条件。一般而言,如果费米子和玻色子均有质量(能隙),则体系不存在任何红外发散,这样的体系才是实现衍生超对称的理想候选者。这一研究为在凝聚态物理中找寻有效超对称提供了有价值的限制和理论指导。(记者 聂静洁)

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