西安交大物理学院张永昌教授课题组在三体相互作用调控方面取得重要进展

近日，物理学院“冷原子物理”团队与合作者近期在三体相互作用调控研究方面取得重要进展，基于光学反馈效应提出了在量子气体中产生长程、非互易三体相互作用的理论方案，该研究成果以《玻色-爱因斯坦凝聚体中由光学反馈诱导的非互易长程三体相互作用》（Nonreciprocal and long-range three-body interactions in Bose-Einstein condensates induced by optical feedback）为题发表在著名物理学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

粒子之间的相互作用是实现丰富多体物理现象的核心要素之一，其中最常见的是成对的两体相互作用。除此之外，粒子之间还存在高阶多体相互作用，能够催生仅靠两体作用无法实现的全新集体动力学行为。但在绝大多数物理系统中，三体及更高阶效应通常极其微弱，会被占主导地位的两体效应掩盖，导致探索纯多体效应面临显著困难。

图1 利用光场反馈效应调控量子气体粒子之间三体相互作用示意图。

图2 三体相互作用非互易性示意图。

（a）对称分布情况下内部作用合力为零；（b，c）非对称分布情况下合力非零。

如图1所示，研究提出了一种实验可行的新理论方案：利用两块反射镜产生的光学反馈效应，在玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中诱导出等效三体相互作用。值得注意的是，方案可以将体系内的两体相互作用完全关闭，从而支持对纯三体物理效应的探索。这种人工构筑的等效三体相互作用兼具两种很少同时出现的独特性质：长程特性和非互易特性（见图2）。这些性质进一步导致BEC呈现反直觉的稳态与动力学现象：包括自组织形成的稳定液滴团簇，以及看似违反牛顿运动定律的自加速行为。方案基于简单的光学反馈系统成功在量子气体内集成了粒子相互作用的多个不同维度（即长程、多体、非互易性），为研究与高阶相互作用相关的新奇物理现象提供了极具潜力的技术路线。

物理学院为论文第一完成单位，研究生张逸清、何亮君为论文共同第一作者，西安交大物理学院张永昌教授与美国莱斯大学浦晗教授、中国科学技术大学周正威教授为论文共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1103/bt6x-bjq9