La rottura spontanea della simmetria (SSB) è un fenomeno fisico in cui un sistema simmetrico produce stati che violano la simmetria. Recentemente, studio approfondito mostra che la rottura della simmetria parità-tempo nei sistemi aperti porta a punti eccezionali, promettente per i noleggiatori e il rilevamento di nuove applicazioni.

In questo lavoro, i ricercatori hanno teoricamente dimostrato la rottura della simmetria di inversione temporale spontanea (simmetria a T) in un sistema di elettrodinamica quantistica a cavità. Il sistema è composto da un insieme di atomi a 2 livelli all'interno di una cavità. Gli atomi sono mantenuti vicino ai loro stati eccitati più alti e agiscono come un oscillatore con una massa negativa. I ricercatori utilizzano l'interazione dipolo tra gli atomi e la modalità cavità per indurre la rottura della simmetria T e per ottenere punti eccezionali (EP).

"L'interazione dipolo fornisce un accoppiamento lineare tra il movimento collettivo degli atomi e la modalità cavità, " disse Yu-Kun Lu, che è uno studente universitario all'Università di Pechino. "Per una piccola forza di accoppiamento, il sistema subisce un'oscillazione armonica, che è invariante nell'operazione di inversione temporale. Quando la forza di accoppiamento raggiunge una soglia, il sistema diventa instabile rispetto al processo di produzione di coppie (annientamento), e il numero di eccitazione della modalità cavità e gli atomi aumenteranno (diminuiranno) con il tempo, portando così alla rottura spontanea della T-simmetria." Il punto critico tra la fase T-simmetrica e la rottura della T-simmetria è dimostrato essere un EP.

"Per dimostrare l'esistenza di EP, abbiamo mostrato la dipendenza delle frequenze proprie e dell'automodo dalla desintonizzazione cavità-atomo, e abbiamo scoperto che si uniscono nel punto critico, e quindi ha dimostrato che si trattava di un EP, " disse Pai Peng, un ex studente universitario nel gruppo del Prof. Xiao e ora un dottorato di ricerca. al Massachusetts Institute of Technology. Inoltre, per la singolare topologia del PE, la dinamica in prossimità del PE è robusta.

"Dopo aver fatto un giro completo di EP, lo stato finale dipende solo dalla direzione del ciclo ma non dalla sua forma, e quindi il risultato è topologicamente protetto, " disse Qi-Tao Cao, un dottorato di ricerca all'Università di Pechino.

"Gli EP venivano studiati esclusivamente in sistemi aperti. La dimostrazione di EP nel sistema attuale amplia la comprensione di SSB e delle singolarità in fisica, " ha detto il Prof. Xiao. "Al di là del suo interesse fondamentale, la rottura spontanea della simmetria a T senza guadagno o perdita fornisce anche una nuova piattaforma per varie applicazioni, come il rilevamento e l'elaborazione delle informazioni quantistiche".