PRL导读-2024年133卷02期

量子力学和广义相对论的出现显著改变了我们对自然界的理解。然而，整合这两种理论仍然面临巨大的挑战，它们之间的相互影响仍未经过测试。最近的理论研究表明，覆盖巨大空间的单光子干涉可以有效地探测量子力学与广义相对论的衔接区域。作者使用非平衡迈克尔逊干涉仪开发了一种设计，并在8.4公里的自由空间通道上验证了其可行性。利用基于量子点的高亮度单光子源，作者在长距离基线上展示了单光子干涉。作者实现了16.2毫弧度的相位测量精度，这在5倍的标准偏差下满足了测量同步轨道引力红移的需求。作者的结果确认了单光子版本的Colella-Overhauser-Werner实验在测量弯曲时空中的量子效应的可行性。

（张凡）

Single-Photon Interference over 8.4 km Urban Atmosphere: Toward Testing Quantum Effects in Curved Spacetime with Photons

Hui-Nan Wu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.020201

量子同步对于理解复杂动力学至关重要，并在量子计算和通信中具有潜在应用。因此，评估连续变量系统中有限时间同步所需的热力学资源是一项关键挑战。在本研究中，作者发现，对于大型系统，所需资源是非常巨大的。作者还探究了在具有非厄米反𝑃𝑇对称相互作用的耦合阻尼振荡器中量子和经典同步的速度，并证明了同步速度受相对于阻尼的相互作用强度的限制。与经典极限相比，作者发现量子同步由于厄米项和反厄米项的不对易性而减慢。作者的通用结果可以在实验中进行测试，并建议在光子系统中实现。

（张凡）

Energetic Cost for Speedy Synchronization in Non-Hermitian Quantum Dynamics

Maxwell Aifer et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.020401

As quantum devices become more complex and the requirements on these devices become more demanding, it is crucial to be able to verify the performance of such devices in a scalable and reliable fashion. A cornerstone task in this challenge is quantifying how close an experimentally prepared quantum state is to the desired one. Here we present a method to construct an estimator for the quantum state fidelity that is compatible with any measurement protocol. Our method provides a confidence interval on this estimator that is guaranteed to be nearly minimax optimal for the specified measurement protocol. For a well-chosen measurement scheme, our method is competitive in the number of measurement outcomes required for estimation. We demonstrate our method using simulations and experimental data from a trapped-ion quantum computer and compare the results to state-of-the-art techniques. Our method can be easily extended to estimate the expectation value of any observable, such as entanglement witnesses.

Versatile Fidelity Estimation with Confidence

Akshay Seshadri et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.020402

在量子计算机的验证中，一个核心挑战是整体上基准测试其性能并展示其计算能力。在这篇文章中，作者发现了一种通用的量子计算模型——贝尔采样（Bell sampling），可以用于这两项任务，因此提供了一个通向容错的理想基石。在贝尔采样中，作者在横向贝尔基中测量由量子电路制备的状态的两个副本。作者表明，贝尔采样在经典计算中是难以生成的，同时构成了作者称之为“电路阴影”的东西：可以从贝尔采样中高效地提取有关制备状态的量子电路的信息，并诊断电路错误。除了已知的可以从贝尔采样中高效提取的特性之外，作者还提供了几种新的高效协议：一种状态保真度的估计器，一种错误缓解的Pauli期望值估计器，一种电路深度测试，以及一种估计电路中𝑇门数量下界的算法。通过一些额外的测量，后一种算法可以用于学习由低𝑇计数电路制备的状态的完整描述。

（陆龙业）

Bell Sampling from Quantum Circuits

Dominik Hangleiter et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020601 (2024)

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We provide practical and powerful schemes for learning properties of a quantum state using a small number of measurements. Specifically, we present a randomized measurement scheme modulated by the depth of a random quantum circuit in one spatial dimension. This scheme interpolates between two known classical shadows schemes based on random Pauli measurements and random Clifford measurements. We focus on the regime where depth scales logarithmically in the system size and provide evidence that this retains the desirable sample complexity properties of both extremal schemes while also being experimentally feasible. We present methods for two key tasks; estimating expectation values of certain observables from generated classical shadows and, computing upper bounds on the depth-modulated shadow norm, thus providing rigorous guarantees on the accuracy of the output estimates. We achieve our findings by bringing together tools from shadow estimation, random circuits, and tensor networks.

Shallow Shadows: Expectation Estimation Using Low-Depth Random Clifford Circuits

Christian Bertoni et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020602(2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.020602

The vacuum beam guide (VBG) presents a completely different solution for quantum channels to overcome the limitations of existing fiber and satellite technologies for long-distance quantum communication. With an array of aligned lenses spaced kilometers apart, the VBG offers ultrahigh transparency over a wide range of optical wavelengths. With realistic parameters, the VBG can outperform the best fiber by 3 orders of magnitude in terms of attenuation rate. Consequently, the VBG can enable long-range quantum communication over thousands of kilometers with quantum channel capacity beyond 10¹³ qubit/sec, orders of magnitude higher than the state-of-the-art quantum satellite communication rate. Remarkably, without relying on quantum repeaters, the VBG can provide a ground-based, low-loss, high-bandwidth quantum channel that enables novel distributed quantum information applications for computing, communication, and sensing.

Vacuum Beam Guide for Large Scale Quantum Networks

Yuexun Huang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020801 (2024)

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作者从理论上制定并从实验上证明了，在无漏洞的光子体系结构中，通过违反Leggett-Garg不等式产生半设备无关的量子随机数的安全方案。解析和数值方法对产生的随机性的量化评估完全一致。作者以3865比特/秒的速率安全地生成919118个真正不可预测的比特。这开创了一条利用单系统量子特性生成可靠随机数的全新路径。

（胡坤）

Single-System-Based Generation of Certified Randomness Using Leggett-Garg Inequality

Pingal Pratyush Nath et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 020802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.020802

原初黑洞（PBH）以及类光能量条件（NEC）的违反对理解极早期宇宙有重要的影响。作者发表了一种新方法以在单场暴涨框架下经NEC违反产生PBH。在此方案中，宇宙从哈勃常数H=H_inf1的首个慢滚暴涨阶段到H=H_inf2>> H_inf1的第二个慢滚暴涨阶段，中间经过一个NEC违反的阶段。此NEC违反自然地在某个特定波长增强了原初功率谱，导致质量与丰度上都可能观测的PBH产生。作者也研究了来自增强密度扰动的标量诱导引力波的现象学特征。作者的工作体现了结合PBH、标量诱导引力波以及原初引力波的的方法在研究暴涨过程中NEC违反的可能性，在探索早期宇宙这方面开创了新方法。

Primordial Black Holes from Null Energy Condition Violation during Inflation

Yong Cai, Mian Zhu, and Yun-Song Piao

Phys. Rev. Lett. 133, 021001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021001

味依赖的中微子输运由著名的味空间中居位数矩阵的动力学方程描述。但在快速味转化的语境下，作者发现了一个前所未见的困境：较小不均匀性的关键自诱导指数增长会高度破坏中微子-中微子折射能守恒。作者证明此现象是由于能量经中微子味相干性（味密度矩阵中的非对角项）梯度与中微子的大量动能发生了交换，并且导出了未出现的梯度项。通常的方程仍足以描述味演化，但代价是放弃能量守恒，而这在解释数值地观测到的末态上并无影响。

Inhomogeneous Kinetic Equation for Mixed Neutrinos: Tracing the Missing Energy

Damiano F. G. Fiorillo, Georg G. Raffelt, and Günter Sigl

Phys. Rev. Lett. 133, 021002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021002

当强相互作用大质量粒子π通过奇数3π→2π湮灭控制其剩余丰度时，π成为重要的暗物质候选。作者证明，如果低能谱粒子中束缚态X存在，此成功冻结也可以通过偶数相互作用XX→ππ实现。此外，X形式也有可能对奇数3π→2π湮灭有催化作用，使其转化为有效两体过程πX→ππ。束缚态通常是强相互作用理论的自然结果。作者计算了暗物质冻结并且考虑了宇宙学可行性以及可能的拓展。候选理论会包含禁闭部分，其中没有能隙、胶球暗物质、也没有强Yukawa或者自相互作用的φ³和φ⁴理论。

Successful Freeze-Out of Strongly Interacting Dark Matter with Even-Numbered Interactions

Xiaoyong Chu, Marco Nikolic, and Josef Pradler

Phys. Rev. Lett. 133, 021003 (2024)

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作者研究了一类随机引力波背景的普适源，来自早期宇宙中标量场的参数共振。通过使用格点模拟系统分析基准模型并考虑一大类参数，作者发现这一机制会在相当宽广的频域内产生引力波探测器的可观测信号，且可能解释最近由脉冲星计时阵列发现的信号。此外，这些模型自然地产生了超轻暗物质候选或可由宇宙微波背景辐射观测到的暗辐射。

Gravitational Wave Symphony from Oscillating Spectator Scalar Fields

Yanou Cui, Pankaj Saha, and Evangelos I. Sfakianakis

Phys. Rev. Lett. 133, 021004 (2024)

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暗光子作为暗物质候选之一出现，且其研究在粒子物理、天体物理以及宇宙学领域都颇受关注。作者报告了首个使用可调谐铌超导射频空腔谐振器与新的数据分析技术进行暗光子暗物质扫描寻找的结果。作者机械调节了腔体的谐振频率，此腔体浸没在温度为2K的液氦中，且扫描了频率位于1.37MHz到1.3GHz的暗光子物质。作者的研究充分利用了超导射频空腔谐振器约在10¹⁰的超高品质因子，得到了迄今在大部分参数空间中对于暗光子与电磁光子的动力学混合系数ε最严格的约束，结果为ε<2.2×10^-16。

First Scan Search for Dark Photon Dark Matter with a Tunable Superconducting Radio-Frequency Cavity

Zhenxing Tang and et al.( SHANHE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 021005 (2024)

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[Featured in Physics] [编辑推荐]与自身相互作用的暗物质可从超大质量双黑洞系统中提取大量动量，造成双黑洞合并。

随机引力波（GW）背景的证据正通过脉冲星计时阵列的观测不断积累，此引力波背景可能起源于超大质量黑洞（SMBH）的合并。旋近的SMBH越过“最后秒差距”的机制仍是尚未解决的问题，在GW辐射使双黑洞合并之前，二者的合并有停止的趋势。作者认为来自黑洞周围激增的暗物质（DM）动态摩擦足以解决此问题，其中暗物质有在cm²/g量级的自相互作用截面。同样的效应导致GW谱在低频部分变软，这与现今观测结果一致。对无碰撞的冷暗物质，此摩擦会积累相当多的能量，导致增长中断而不能通过最终秒差距。而对自相互作用暗物质，晕的等温核起到不受SMBH轨道影响的储能器作用。当给出足够大的核时，与GW谱的良好拟合支持相对论性速度依赖，可由交换类似暗光子的有质量媒介产生。相似的速度依赖性也被提出，以解决冷暗物质的小尺度结构问题。

Self-Interacting Dark Matter Solves the Final Parsec Problem of Supermassive Black Hole Mergers

Gonzalo Alonso-Álvarez, James M. Cline, and Caitlyn Dewar

Phys. Rev. Lett. 133, 021401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021401

作者提出了一类新的宇宙波函数，其由欧氏路径积分算出，且有渐近反de Sitter（AdS）的边界条件。在半经典极限下，其描述了欧氏（半）虫洞几何，在具有反射对称性的曲面上取到尺度因子的局域最大值，在解析延拓到洛伦兹号差时，将给出膨胀宇宙。作者发现，这些欧氏虫洞为暴涨设置了自然的初始条件，且半经典Wheeler-DeWitt波函数会倾向长存的暴涨阶段，解决了无边界提议的著名疑难。因其在欧氏过去渐近AdS的条件，此解有描述暴涨宇宙学物理机制并用全息手段讨论微扰的可能。

Inflationary Cosmology from Anti-de Sitter Wormholes

Panos Betzios and Olga Papadoulaki

Phys. Rev. Lett. 133, 021501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021501

最近的研究表明，来自无质量粒子的圈修正产生了 3/2 log T  的霍金修正，对接近极端的冷带电黑洞的热力学具有主导作用。在这里，作者将这一分析适用于接近极端的克尔黑洞。像AdS₂ × S² 一样，接近事件视界的极端克尔（NHEK）度规存在一族可规一化的零模，对应于边界的重新参数化。这些零模的路径积分导致了欧几里得NHEK配分函数的一圈近似中的红外发散。作者通过保留NHEK缩放极限中的主要温度修正来规制这一发散。这种“非HEK”几何抬高了零模的特征值，使积分在红外上变得有限。量子修正后的近平滑熵显示出 3/2 log T  的霍金行为，这一特征与Schwarzian模型一致，并预言了极端克尔黑洞基态简并的解除。

Logarithmic Corrections to Kerr Thermodynamics

Daniel Kapec, Ahmed Sheta, Andrew Strominger, and Chiara Toldo

Phys. Rev. Lett. 133, 021601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021601

多圈弦振幅大量信息被称为Szegö核的费米子两点所编码。在此，作者展示了任意亏格的黎曼面上任意数量的Szegö核的循环乘积如何分解为模空间上模张量的线性组合，这些张量携带自旋结构𝛿的全部依赖性。组合中𝛿-无关的系数则携带了标记的全部依赖，并由高亏格多对数的积分组成。作者确定了𝛿-依赖模张量的反全纯全模导数。

Cyclic Products of Higher-Genus Szegö Kernels, Modular Tensors, and Polylogarithms

Eric D’Hoker, Martijn Hidding, and Oliver Schlotterer

Phys. Rev. Lett. 133, 021602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021602

In theories with conserved dipole moment, isolated charged particles (fractons) are immobile, but dipoles can move. We couple these dipoles to the fracton gauge theory and analyze the universal infrared structure. This uncovers an observable double kick memory effect which we relate to a novel dipole soft theorem. Together with their asymptotic symmetries this constitutes the first realization of an infrared triangle beyond Lorentz symmetry. This demonstrates the robustness of these IR structures and paves the way for their investigation in condensed matter systems and beyond.

Fracton Infrared Triangle

Alfredo Pérez, Stefan Prohazka, and Ali Seraj

Phys. Rev. Lett. 133, 021603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021603

[编辑推荐]一种理论分析建议高导数引力理论显示出有紫外完整理论的迹象。

作者论证二次引力里的beta函数不对应着散射截面对外动量的物理依赖，并推导了正确的物理beta函数。作者证实渐进自由与无快子自洽。

Physical Running of Couplings in Quadratic Gravity

Diego Buccio et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 021604 (2024)

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作者证明，在 AdS₅ 中的所有树级 n 点超胶子（标量）振幅可以通过因式分解和平坦空间极限递归构建。作者的方法得益于平面颜色有序振幅的自然 R-对称基，它将后者简化为具有更简单极点结构和因式分解性质的“部分振幅”。给定 n 点标量振幅后，作者首先通过施加“规范不变性”提取具有 n-2 个标量和一个胶子的旋转振幅，然后使用一种特殊的“无胶子运动学”完全确定 (n+1) 点标量振幅（这反过来包含 n 点单胶子振幅）。补充材料中包含了多达 8 点标量振幅和多达 6 点单胶子振幅的明确结果。

Constructibility of AdS Supergluon Amplitudes

Qu Cao (曹趣), Song He (何颂), and Yichao Tang (唐一朝)

Phys. Rev. Lett. 133, 021605 (2024)

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We propose a novel method to significantly enhance the signal rate in qubit-based dark matter detection experiments with the help of quantum interference. Various quantum sensors possess ideal properties for detecting wavelike dark matter, and qubits, commonly employed in quantum computers, are excellent candidates for dark matter detectors. We demonstrate that, by designing an appropriate quantum circuit to manipulate the qubits, the signal rate scales proportionally to 𝑛_q² , with 𝑛_q being the number of sensor qubits, rather than linearly with 𝑛_q . Consequently, in the dark matter detection with a substantial number of sensor qubits, a significant increase in the signal rate can be expected. We provide a specific example of a quantum circuit that achieves this enhancement by coherently combining the phase evolution in each individual qubit due to its interaction with dark matter. We also demonstrate that the circuit is fault tolerant to dephasing noises, a critical quantum noise source in quantum computers. The enhancement mechanism proposed here is applicable to various modalities for quantum computers, provided that the quantum operations relevant to enhancing the dark matter signal can be applied to these devices.

Quantum Enhancement in Dark Matter Detection with Quantum Computation

Shion Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 021801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021801

[Featured in Physics] [编辑推荐]在LHC的质子-质子对撞中产生的电子中微子被实验观测到。

研究在LHC的FASER实验中使用FASER𝜈乳胶-钨探测器进行高能电子中微子（𝜈_𝑒）和μ子中微子（𝜈_𝜇）带电流相互作用的初步结果被展示。FASER𝜈探测器中的128.8公斤子集在暴露于9.5 fb⁻¹的√𝑠 =13.6 TeV质子-质子数据后被分析。观察到4（8）个𝜈_𝑒（𝜈_𝜇）相互作用候选事例，具有5.2𝜎（5.7𝜎）的统计显著性。这是粒子对撞机中首次直接观察到𝜈_𝑒相互作用，并且包括了有史以来检测到的最高能量的来自人工源的𝜈_𝑒和𝜈_𝜇。每个核子的相互作用截面𝜎/𝐸_𝜈在560–1740 GeV（520–1760 GeV）的能量范围内对于𝜈_𝑒（𝜈_𝜇）被测量为（1.2_−0.7^+0.8）×10⁻³⁸ cm² GeV⁻¹ [（0.5±0.2）×10⁻³⁸ cm² GeV⁻¹]，与标准模型预测一致。这是首次在这些能量范围内对中微子相互作用截面进行测量。

First Measurement of 𝜈_𝑒 and 𝜈_𝜇 Interaction Cross Sections at the LHC with FASER’s Emulsion Detector

Roshan Mammen Abraham et al. (FASER Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 021802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021802

The Fermi function 𝐹 ( 𝑍 , 𝐸 ) accounts for QED corrections to beta decays that are enhanced at either small electron velocity 𝛽 or large nuclear charge 𝑍 . For precision applications, the Fermi function must be combined with other radiative corrections and with scale- and scheme-dependent hadronic matrix elements. We formulate the Fermi function as a field theory object and present a new factorization formula for QED radiative corrections to beta decays. We provide new results for the anomalous dimension of the corresponding effective operator complete through three loops, and resum perturbative logarithms and 𝜋enhancements with renormalization-group methods. Our results are important for tests of fundamental physics with precision beta decay and related processes.

Field Theory of the Fermi Function

Richard J. Hill and Ryan Plestid

Phys. Rev. Lett. 133, 021803 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021803

Using data samples collected with the BESIII detector operating at the BEPCII storage ring, the cross section of the inclusive process 𝑒⁺𝑒⁻→𝜂+𝑋, normalized by the total cross section of 𝑒⁺𝑒⁻→hadrons, is measured at eight center-of-mass energy points from 2.0000 to 3.6710 GeV. These are the first measurements with momentum dependence in this energy region. Our measurement shows a significant discrepancy compared to the existing fragmentation functions. To address this discrepancy, a new QCD analysis is performed at the next-to-next-to-leading order with hadron mass corrections and higher twist effects, which can explain both the established high-energy data and our measurements reasonably well.

Measurements of Normalized Differential Cross Sections of Inclusive 𝜂Production in 𝑒⁺𝑒⁻Annihilation at Energy from 2.0000 to 3.6710 GeV

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 021901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021901

在高能极限下，软胶子可以通过准经典胶子场来近似描述。众所周知，在弹性极限下，横向平面的胶子场是一个纯规范场。作者推导出了在稠密核物质背景下，软胶子的经典杨-米尔斯方程的完整次弹性极限阶解。利用这些解，表明在小𝑥条件下，Low的软定理可以通过考虑稀薄背景下单胶子态之间准经典色电场的非对角矩阵元来获得。作者进一步提出在小𝑥条件下扩展Low软定理，以结合稠密背景下的胶子饱和效应。

Quasiclassical Gluon Fields and Low’s Soft Theorem at Small Momentum-Fraction 𝑥

Ming Li

Phys. Rev. Lett. 133, 021902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.021902

CMS合作组利用大型强子对撞机（LHC）上的CMS探测器，研究了Pb-Pb和pp碰撞的双μ子衰变道中，  和  介子的产生。他们首次在Pb-Pb碰撞中观测到  介子，显著性高于5个标准差。他们报道了Pb-Pb和pp碰撞中，  的产额比和  的产额比随横向动量和Pb-Pb碰撞中心度的变化。这些比值按比例适当缩放后，显著小于1，表明Pb-Pb碰撞中  的产额被压低。该压低效应从Pb-Pb周边碰撞到中心碰撞逐渐增强。此外，与  介子相比，  介子的压低更强，这拓展了先前针对J/ψ, ψ(2S),   和  介子的原子核碰撞中所观测到的夸克偶素态的顺序压低模式。

Observation of the    Meson and Suppression of    States in Pb-Pb Collisions at √s_NN= 5.02 TeV

A. Tumasyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 022302 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.022302

许方方等人结合三维格点空间的推转协变密度泛函理论和类壳模型方法，在全形变空间内，微观自洽处理对关联、形变和转动惯量，研究了超镄原子核的转动性质。基于一个确定的、普适的密度泛函，他们在不含任何可调参数的情况下，很好地再现了超镄核²⁵²No、²⁵⁴No、²⁵⁴Rf和²⁵⁶Rf转动带的运动学和动力学转动惯量。他们首次发现，八极形变的出现可能是²⁵²No和²⁵⁴No具有显著不同转动行为的原因。研究结果为存在已久的No同位素转动行为之谜提供了一个微观解决方案，并强调了在不考虑八极形变的情况下，仅研究转动超镄核中的 β₆₀形变效应是不正确的。

Emergence of High-Order Deformation in Rotating Transfermium Nuclei: A Microscopic Understanding

F. F. Xu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 022501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.022501

原子核双光子（2γ）衰变是一种二阶电磁过程，在该过程中，处于激发态的原子核会同时发射两个γ射线。为了能够直接测量电子-正电子对产生阈值以下的低能区域的2γ衰变速率，Freire-Fernández等人将储存环的等时模式与Schottky共振腔结合了起来。新发展的技术可用于测量能量低至100 keV左右、寿命短至10 ms左右的同质异能态。他们测得裸的⁷⁶Ge离子中，第一个激发0⁺态的2γ衰变寿命是23.9 (6) ms，显著偏离预期值。

Measurement of the Isolated Nuclear Two-Photon Decay in ⁷²Ge

D. Freire-Fernández et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 022502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.022502

ALICE合作组在质心能量为5.02 TeV的pp和中心Pb-Pb碰撞中，测量了由高横向动量（高p_T）强子触发反冲所给出的带电粒子喷注的半单举分布。他们通过数据驱动的统计方法来减弱中心Pb-Pb碰撞中大的非关联本底。在喷注横向动量为7 < p_T,jet <140 GeV/c和触发-反冲喷注方位角分离为π/2< Δφ < π 范围内，针对喷注分辨率参数R = 0.2, 0.4和0.5的情况，给出了反冲喷注的分布。在低横向动量和方位角偏离Δφ~π很大时，测量结果显示出明显的介质诱导喷注产额增强。这种增强的特征在于它的Δφ依赖性，其斜率非零达到了4.7σ。他们将测量结果与考虑了不同喷注淬火形式的模型计算进行了比较。这些比较表明，观测到的产额增强是由于QGP介质对喷注传播的响应所导致的。

Observation of Medium-Induced Yield Enhancement and Acoplanarity Broadening of Low-p_T Jets from Measurements in pp and Central Pb-Pb Collisions at √s_NN = 5.02 TeV

S. Acharya et al. (ALICE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 022301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.022301

富勒烯团簇离子(C₆₀) _n⁺在多电荷氦纳米液滴中的顺序电离存在一个引人入胜的现象，即会形成并稳定双电荷和三电荷富勒烯寡聚体。虽然先前的研究已经预测了双电荷二聚体(C₆₀) ₂²⁺的形成，但观察到三电荷二聚体(C₆₀) ₂³⁺却是极为出乎意料的。这种对库仑爆炸的显著抵抗力是通过超流态氦纳米液滴环境中的有效冷却和顺序电离方案（该方案诱发了共价结合或物理吸附的富勒烯二聚体）实现的。计算结果支持四种不同结合方式的(C₆₀) ₂²⁺和(C₆₀) ₂³⁺异构体的稳定性，并预测了一个能够阻止冷范德瓦尔斯复合物解离的很低的库仑势垒（<0.4 eV）。

Formation of Doubly and Triply Charged Fullerene Dimers in Superfluid Helium Nanodroplets

Lisa Ganner, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023001

作者通过激光冷却的⁹Be⁺展示用图像-电流介导的交感冷却在低温潘宁陷阱中的单个质子的新温度记录。轴向模式温度达到170mK，比之前的最佳值提高15倍。作者的冷却技术适用于任何带电粒子，因此本文中展示的测量构成了下一代使用奇异粒子的高精度潘宁陷阱测量的里程碑。

Image-Current Mediated Sympathetic Laser Cooling of a Single Proton in a Penning Trap Down to 170 mK Axial Temperature

C. Will, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023002

实时可视化分子转化是超快光学科学和物理化学中引人入胜的但具有挑战性的前沿领域。尽管超快X射线和电子衍射方法能够实现所需的亚埃级空间分辨率，但其时间分辨率仍然限制在数百飞秒，远长于探测实时分子动力学所需的几飞秒。本文中，作者展示了强飞秒激光产生的高次谐波可以进行几十阿秒的时间分辨率和几个皮米的空间分辨率的分子成像。这是通过利用分子重组偶极矩对谐波发射时分子几何形状的敏感依赖性来实现的。在原理验证实验中，作者应用这种高谐波结构成像（HHSI）方法监测NH₃、ND₃和N₂在被强激光电离后从一飞秒到几飞秒内的结构重排。作者的发现证实HHSI是一种有效的方法，可以以前所未有的时空分辨率解析分子动力学，并且在未来可以进一步扩展以追踪光化学反应。

Ultrafast Picometer-Resolved Molecular Structure Imaging by Laser-Induced High-Order Harmonics

Lixin He, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023201

反常自旋相关相互作用的精密测量往往受到磁噪声和其他磁系统效应的阻碍。原子共磁强计利用两种物质的不同自旋进动，已发展成为有效抑制磁噪声的重要工具。然而，现有共磁强计的操作局限于极低频噪声，通常频率低于1Hz。本文中，作者报道了一种新型原子共磁强计，它基于碱金属与惰性气体自旋之间的相消干涉所产生的磁噪声自补偿机制。作者的共磁强计采用钾-氦（K−³He）系统，在高达160Hz的高频下显著地抑制了超过两个数量级的磁噪声。此外，作者发现，他们的共磁强计抑制磁场噪声的能力在空间上依赖于噪声的方向，可以通过调整施加的偏置磁场方便地进行控制。作者的发现为精密测量开辟了新的可能性，包括提高自旋-暗物质粒子相互作用在未探索参数空间的搜索灵敏度。

New Classes of Magnetic Noise Self-Compensation Effects in Atomic Comagnetometer

Yushu Qin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023202

[编辑推荐]对时钟跃迁的黑体辐射位移动力学分量的精确评估实现了具有19位频率精度的光晶格钟。

作者报道了一种光学晶格时钟，其总系统不确定度在分数频率单位下达到8.1×10⁻¹⁹，这是迄今为止任何时钟的最低不确定度。该时钟依赖于对稀疏费米锶原子样本中超窄¹𝑆₀→³𝑃₀跃迁的询问，这些原子被捕获在一个垂直取向的、浅层的一维光学晶格中。利用成像光谱学，作者先前展示了由精确控制碰撞频移和晶格光频移所实现的创纪录的原子相干时间和测量精度。该项工作中，作者通过评估5s4d ³D₁态的寿命来校正黑体辐射频移修正，这需要对5s4d ³D₁衰变中的多体效应进行精确表征和控制。最后，作者在最小磁敏感性时钟跃迁上测量了二阶塞曼系数。所有其他系统效应的不确定度都低于1×10⁻¹⁹。

Clock with 8×10⁻¹⁹ Systematic Uncertainty

Alexander Aeppli, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023401

        Hong-Ou-Mandel干涉是一种超越经典物理学范畴的内在量子现象，在量子信息科学中有着众多应用。虽然光子-光子的相互作用从根本上受限于光子的玻色子性质及常用幺正光学元件提供的受限相位响应，作者提出非幺正材料提供了另一种自由度来调控双光子量子干涉，甚至揭示出在幺正配置中不存在的反常量子干涉路径。作者精心设计了一种损耗型多层石墨烯，它可以作为非幺正的分束器，用于探索其在空间模态中对有效光子-光子相互作用的可调性，并通过在量子态滤波器中开展实验以验证粒子交换统计。这一方案进一步推广，在无损耗和损耗型分束器上观测到四维量子干涉图样，显示了它即使在高维希尔伯特空间中照样适用。

Loss-Assisted Anomalous Hong-Ou-Mandel Interference Based on Nonunitary Multilayer Graphene

Ling Hong, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023601

[Featured in Physics] [编辑推荐]当嵌入粒子中的原子核衰变时，观察到悬浮的微粒发生反冲作用——这为未来探索看不见的衰变产物打开了大门。

作者报道了通过将衰变核嵌入到微米级颗粒中的机械反冲来检测单个核α衰变。动量守恒定律确保了此类测量对衰变中释放的任何粒子都敏感，包括那些现有技术难以探测的中性粒子。利用最近在悬浮光力学领域发展的技术，可以实现对超过发射粒子质量10¹²倍物体的微小反冲检测，这些技术使对光学捕获粒子机械运动的高精度光学调控和测量成为可能。观察到与反冲同时发生的粒子净电荷的变化，使我们可以在微贝克勒尔级别的背景水平下识别出衰变。本文开发的技术可能在从核取证学到暗物质和中微子物理学等多个领域找到应用。

Mechanical Detection of Nuclear Decays

Jiaxiang Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023602

集成到纳米光子器件中的色心已成为量子科学和技术的一个引人注目的平台。本文中，作者将锡空位中心集成到金刚石波导中，研究了在单光子水平上与光在反射和透射中的相互作用。作者观察到透射光单发射源诱导的消光高达25%，并测量了这种非线性效应对光子统计的影响。此外，作者演示了反射单光子场与光纤末端背散射激光之间的完全可调谐干涉，并展示了反射场中聚束与反聚束光子统计之间相应的受控变化。

Nonlinear Quantum Photonics with a Tin-Vacancy Center Coupled to a One-Dimensional Diamond Waveguide

Matteo Pasini, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 023603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.023603

[Editors’ Suggestion] The flapping instability of the film squeezed between underwater colliding bubbles is the primary mechanism for submicron droplet formation.

在过去的一个世纪中，人们广泛研究了气泡破裂产生的液滴生成机制。这些机制包括在膜破裂期间从气泡顶部的液体细丝的离心断裂，顶部膜的拍击，以及腔体塌陷后沃辛顿射流的解体。我们在这里展示，之前被识别为“表面气泡破裂”的大部分亚微米液滴实际上是在水下，在深渊中，在气泡自身内部生成的，甚至在它们到达表面之前。几项实验证据表明，这些液滴源自水下碰撞气泡之间被挤压的膜的拍击不稳定性。这一发现强调了气泡-气泡碰撞的重要作用，从根本上改变了我们对细小气溶胶生成的理解，并为水-空气界面的传输提供了新的视角。

（邱仲普）

Abyss Aerosols: Drop Production from Underwater Bubble Collisions

Xinghua Jiang, Lucas Rotily, Emmanuel Villermaux, and Xiaofei Wang

Phys. Rev. Lett. 133, 024001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.024001

分层和旋转湍流中的湍流拥有属性是波浪和涡旋之间的相互作用，导致势能和动能之间的连续交换。在这里，我们研究了这些过程如何影响湍流能量级联从大到小的尺度，这表现为两个示踪粒子之间的相对动能的不可逆演化。我们发现，当 r₀(粒子之间的分离度)低于一个特征长度时，势能平均转化为动能，从而减少了时间的不可逆性，反之，当 r₀ > l 时，势能平均转化为动能。

（邱仲普）

Lagrangian Irreversibility and Energy Exchanges in Rotating-Stratified Turbulent Flows

S. Gallon, A. Sozza, F. Feraco, R. Marino, and A. Pumir

Phys. Rev. Lett. 133, 024101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.024101

为提高激光-等离子体能量耦合效率，特别是激光驱动的质子加速，相对论强激光脉冲与近临界密度靶间的相互作用一直备受关注。为了达到高重复率应用的密度区域，一种难以捉摸的方法是使用气体靶，前提是严格满足靶密度分布要求。这些要求包括在达到临界等离子体密度的同时保持微米级密度梯度。Omri Seemann等人提出了一种新的方案，利用光学激光脉冲对靶进行横向重塑，并在平面和圆柱形位形下产生碰撞激波，从而实现必要的要求。利用这种方法，研究者们在实验上实现了稳定的质子加速，利用1.5J有效能量的激光脉冲，获得了高达5MeV的单能分布，且粒子数超过10⁸Sr^-1MeV^-1。研究还实现了200次的系列连续打靶，证明了该方法的鲁棒性及其应用的成熟度。这些结果为未来控制气体靶和优化更高能量多拍瓦激光系统的加速过程提供了新的途径。

（康战）

Laser Proton Acceleration from a Near-Critical Imploding Gas Target

Omri Seemann et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 025001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.025001

托卡马克等离子体的回旋动理学能表达出由残余应力驱动的自发环向旋转。大多数研究将残余应力归因于湍流E×B漂移平行动量通量，然而，漂移轨道运动的平行动量通量（贡献∏_∥^D）和来自E×B漂移的E×B动量流（贡献∏_E×B）经常被忽略。Hongxuan Zhu等人使用了global total-f回旋动理学代码XGC来研究DIII-D装置H模等离子芯部和边缘的残余应力。数值结果显示∏_∥^D和∏_E×B组成了残余应力显著的一部分。具体地，在湍流存在的情况下，芯部的∏_∥^D高于碰撞的新经典效应的水平，同时在边缘，即使没有湍流，它也意味着逆电流方向动量的外流。该研究使用最近开发的“orbit-flux”方程，表明芯部高于新经典水平的∏_∥^D由湍流驱动，同时在边缘逆电流方向动量外流的原因主要是碰撞离子轨道损失。这些结果表明，在研究自发环向旋转时，∏_∥^D和∏_E×B可能比较重要。

（康战）

Intrinsic Toroidal Rotation Driven by Turbulent and Neoclassical Processes in Tokamak Plasmas from Global Gyrokinetic Simulations

Hongxuan Zhu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 025101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.025101

在N≥3组分的系统中，逆流超流动性与N=2的情况明显不同。其关键特征是基本涡激励数(N)与声子模独立分支数(N−1)的差异，即超流体模数大于有序相变量子数。本文建立了这种状态的流体力学理论。作者展示了这种(“Borromean”)排序的所有动力学和统计方面是如何由具有紧规范不变性的有效n分量理论自然地描述的。本文还讨论了非对角分量间耦合如何将Borromean反流体转换为Borromean绝缘体，重点讨论了具有时间反演对称性破缺的非平庸状态的性质。

（郭恺怡）

Hydrodynamics of Borromean Counterfluids

Egor Babaev, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.026001

[编辑推荐]在共振价键固体相和反铁磁相之间的连续相变的识别，伴随着O(4)对称性，表明在扩展的Shastry-Sutherland模型的基态相图中存在一个确定的量子临界点。

受在层状材料SrCu₂(BO₃)₂中观察到的新现象的启发，Shastry-Sutherland模型(SSM)作为SrCu₂(BO₃)₂的简约模型得到了广泛的研究。然而，其从共振价键固体到反铁磁相的量子相变性质存在激烈的争论，这对理解潜在的量子临界性提出了挑战。通过最先进的张量网络模拟，作者在20 × 20个格点的尺度上研究了SSM的基态，确定了共振价键固体相和反铁磁相之间的、伴有突现的O(4)对称的连续转变性质，这强烈表明存在明确的量子临界点(DQCP)。此外，作者绘制了一个可以连续调谐到SSM的扩展SSM的相位图，它在整个临界线上显示了相同的DQCP现象。本文的研究结果为最近SrCu₂(BO₃)₂实验中近似DQCP的起源提供了一个令人信服的说明。

（郭恺怡）

Quantum Criticality with Emergent Symmetry in the Extended Shastry-Sutherland Model

Wen-Yuan Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.026502

在单层石墨烯中随机分布的空位会诱导出缺陷态，这些缺陷态已知会在半填充状态下，在零能量附近形成一个狭窄的杂质能带。作者采用空间分辨的量子度规公式，证实在这个杂质能带中电子关联得到了显著增强。这种增强主要是由于位于异常大空间距离的不同子晶格上的空位对之间存在着强烈的关联。作者将这种显著的增强归因于两个因素：一是多分形空位波函数，它使系统在所有缺陷浓度下恰好处于Anderson绝缘体相变点；二是保持了系统的手征对称性。

（马润宇）

Enhanced Quantum Metric due to Vacancies in Graphene

Quentin Marsal, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.026002

双通道Kondo晶格很可能承载着一系列丰富的相，包括Hastatic序，即一种通道对称性破缺的重费米子液体。作者使用密度矩阵重整化群方法，重新审视其一维相图，发现与先前的研究不同，在较强的耦合下普遍地存在着代数Hastatic序。这些是带有Tomonaga-Luttinger液体性质的重体系，其在费米向量处的非解析性由Hastatic密度波捕获。作者也发现了由于Hastatic旋量之间的干涉而预测的额外的非局域序参量，这一点在大N极限下不存在，并且在强耦合下的残余排斥相互作用暗示了高维空间中非费米液体的物理现象。

（马润宇）

Algebraic Hastatic Order in One-Dimensional Two-Channel Kondo Lattice

Milan Kornjača, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.026503

作者研究浸入电子液体中并暴露于电流中的双原子杂质的运动（平移、振动和旋转）。一种基于线性响应含时密度泛函理论与Ehrenfest动力学相结合的方法，产生了线性代数方程组，该方程组解释了电流感应力（电子风）和电子摩擦的竞争和抵消效应。作者发现并强调了质心运动中心与原子核相对于彼此之间的耦合，这是由于环境对两体相互作用的中介作用而具有的特征。通过动态交换相关（xc）核f_xc(r,r^’,ω)计算电流感应，包括电子粘度贡献。从平衡核间距离的基态开始，施加电流脉冲，我们观察到运动的三个阶段：（i）由于电流感应力的普遍存在而加速，（ii）由于两种力平衡而趋于稳定，以及（iii）由于脉冲结束后的摩擦而减速。在较低但仍然具有金属性的电子密度下，动态xc对力的贡献显着影响过程第一（第三）阶段的加速（减速）。对于Cs密度（r_s≈6a:u:），在旋转状态下的修正幅度高达40%。

（郭婷）

Viscous Current-Induced Forces

Vladimir U. Nazarov, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026301 (2024)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.026301

量子纠缠标志着拓扑态的一个重要特征。然而，对于没有体能隙的拓扑态，纠缠谱的探索还不够充分。利用场论和数值技术相结合的方法，作者对一维无能隙对称保护拓扑态的纠缠谱进行了精确的计算和分析。作者强调了普适纠缠谱不仅编码了非平庸边缘简并，将Li-Haldane猜想推广到无能隙拓扑状态，而且还包含了基础边界共形场论的算子内容。这意味着在无能隙对称保护的拓扑状态下，体波函数可以作为量子临界和拓扑的特征。作者还发现了一个超越常规共形边界条件的对称富共形边界条件。

（郭婷）

Universal Entanglement Spectrum in One-Dimensional Gapless Symmetry Protected Topological States

Xue-Jia Yu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026601 (2024)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.026601

[编辑推荐]模拟量子动力学的受控键展开方法解决了矩阵积态标准瞬态变分原理方法的数值困难，其中主要的投影误差破坏了数值精度。

作者提出了一种基于矩阵积态瞬态瞬态变分原理(TDVP)的可控键扩展(CBE)方法来模拟量子动力学。该方法通过动态增加键维数来降低投影误差，从而缓解了标准、固定秩单站点TDVP积分器的数值困难。这是以经济的方式实现的，只需要对标准的单站点TDVP实施进行微小的修改。作者用几个关于有限量子晶格的数值算例来说明CBE-TDVP的性能和准确性，包括Peierls-Hubbard模型中双极化子形成的新结果，以及在手性自旋液体中通过绝热通量插入自旋泵浦。

（温博阳）

Time-Dependent Variational Principle with Controlled Bond Expansion for Matrix Product States

Jheng-Wei Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026401 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.026401

范德华异质结构最近已成为一个令人兴奋的平台，用于研究强电子关联的影响，包括各种形式的磁或电荷序。在这里，作者对奇数整数填充处扭曲过渡金属硫族化合物 (TMD) 拓扑平带的影响进行了非微扰精确对角化研究。对于空穴填充νh=1，作者发现由相互作用引起的裸带自旋谷极化所预期的陈绝缘体相位非常脆弱，并且让位于自发的多铁性有序——在存在长程库仑排斥的情况下，铁电性和铁磁性共存。作者提供了一个简单的真实空间图片来理解相图与相互作用范围和强度的函数。作者的研究结果将扭曲TMD确立为一种新型且高度可调的多铁性平台，并概述了在多铁性相中电控制磁性的潜在途径。

（温博阳）

Multiferroicity and Topology in Twisted Transition Metal Dichalcogenides

Ahmed Abouelkomsan, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026801 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.026801

在固态系统中，群论在描述准粒子行为，特别是能量简并方面是强有力的。虽然传统的群论在有效地回答与对称破缺有关的是或否的问题，但它在确定对称性降低导致的能量分裂大小方面的应用是有限的。在这里，作者提出了一个关于准对称和近简并的理论，从而扩大了群论的适用性，以解决有关大或小的能量分裂的问题。准对称定义在无扰动哈密顿量的简并子空间内，形成了一个扩大的对称群，消除了一阶劈裂。这个框架确保了分裂的大小是作为对称性降低扰动的二阶效应，如外部场和自旋轨道耦合。作者系统地将32个晶体点群中的准对称群制成表格，并找到了关于双简并度的所有可能的幺正准对称群结构。将该理论应用到现实材料AgLa中，作者预测了一个以两个小能隙带反交叉为特征的“准狄拉克半金属”相。

(刘然)

Group Theory on Quasisymmetry and Protected Near Degeneracy

Jiayu Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.026402

理解凝聚态中强场驱动激子的退相机制对于其在量子态操纵和超快光调制中的应用至关重要。然而，在强场条件下获得激子退相的实验途径具有挑战性。在本研究中，作者利用时间和谱分辨量子路径干涉法，研究了MoS₂中太赫兹驱动的激子Autler-Townes双态的退相机制。作者的结果显示，超过阈值场强的退相率显著增加，表明激子解离是主要的退相机制。此外，作者还证明了在驱动场不足以解离激子的情况下，非微扰高阶边带的产生。

(刘然)

Dephasing of Strong-Field-Driven Excitonic Autler-Townes Doublets Revealed by Time- and Spectrum-Resolved Quantum-Path Interferometry

Yaxin Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.026901

Bethe-Salpeter方程(BSE)可以准确描述绝缘晶体的低能光谱，即使激子效应很重要时也有较高的精度。然而，由于计算成本高，只能在BSE哈密顿量中实现几个频带，这使得介电函数实部给出的介电屏蔽将被BSE显著低估。本文证明普遍精确的光学响应函数可以通过将不可约极化率的四点BSE类方程与包含随机相位近似且具有较高平面跃迁的两点Dyson方程相结合来获得。这种新方法被称为BSE+。它的计算成本与BSE相当，但相对于电子-空穴基的大小，收敛速度要快得多。作者用该方法计算了一组半导体和绝缘体的折射率和电子能量损失谱。在所有情况下，BSE都能在很宽的频率范围内与实验数据非常吻合，并且优于BSE和随机相位近似。

（段青卓）

Improved Dielectric Response of Solids: Combining the Bethe-Salpeter Equation with the Random Phase Approximation

Amalie H. Søndersted, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026403 (2024)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.026403

使用无限分离极限方法推导出了有限量子系统总能量关于总磁化的分段线性条件，推广了近似密度泛函理论中与静态相关误差有关的恒定条件。同时推导了密度泛函理论中Koopmans定理的磁模拟。针对分数电子数，推导了倾斜平面条件，消除了以往研究中的某些假设。这一平面条件的推广可以描述有限系统的总能量曲面，适用于所有电子数N和磁化率M的值。结合表格光谱数据，发现氧原子等的平面结构。该研究发现，与电子数有关的导数不连续有时会在非整数值处发生。根据化学配位的不同，d轨道子空间中会出现多种倾斜平面结构。由此证明，基于占位的一般总能表达式必然依赖于对称性引导的简并性。

（贾子璇）

Tilted-Plane Structure of the Energy of Finite Quantum Systems

Andrew C. Burgess, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026404 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.026404

[编辑推荐] 由光学发射光谱确定的MoS₂铁磁相，在自旋翻转时观察到较大的交换能，表明了非常稳定的铁磁序。

单层半导体MoS₂中的移动电子在低温下形成铁磁态。费米海由两个圆圈组成：一个在K点，另一个在  点，两者自旋相同。这里，本文展示了低电子密度下在门控MoS₂上进行的光学实验，并在低电子密度下注入已知自旋和谷量子数的激子。所得的三子态通过一个模型进行识别，该模型考虑了注入过程、反对称三子态的形成、从一个谷到另一个谷的电子-空穴散射以及复合。结果与完全自旋极化一致。通过不同三子态之间的分裂，作者测量了交换能Σ（即翻转铁磁态中单个自旋所需的能量）以及谷间库仑交换能J。在电子密度n = 1.5×10¹² cm^-2时，文章确定了Σ=11.2 meV，J=5meV，并发现J强烈依赖于电子密度n。

（范增辉）

Exchange Energy of the Ferromagnetic Electronic Ground State in a Monolayer Semiconductor

Nadine Leisgang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 026501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.026501

对从事物理、数学和计算机科学的理论学者来说，理解深度学习如何工作是当前的一个重要挑战。在本文中，Baglioni等人对使用离散化朗之万动力学在MNIST和CIFAR10数据集上训练的全连接单隐藏层神经网络进行了细致的数值实验，从而通过实验确定最近推导出的浅层架构贝叶斯有效作用理论在比例极限下的适用范围。作者通过比较实验和预测的泛化误差，深入分析了温度、高斯先验、隐藏层规模、训练集规模等多个重要参数对该理论预测能力的影响，发现有效理论与实验结果高度吻合。该结果表明，无限宽度核的全局重缩放是全连接贝叶斯标准缩放浅层网络中核重整化的主要物理机制。

Predictive Power of a Bayesian Effective Action for Fully Connected One Hidden Layer Neural Networks in the Proportional Limit

P. Baglioni, R. Pacelli et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 027301 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.027301

[编辑推荐]一种利用集体粒子交换的不可逆算法，在无序动力学的玻璃性减慢过程中，其构型空间采样的性能优于已知的蒙特卡罗方法。

无序系统中构型空间的平衡采样需要算法来绕过物理动力学的玻璃性减慢。打破细致平衡的不可逆蒙特卡罗算法成功地加速了某些系统中的采样。Federico Ghimenti等人首先在连续多分散硬盘模型中实现不可逆事件链蒙特卡罗算法。集体平移运动的影响对动力学的影响很小，并导致适度的加速，加速随密度的增加而降低。然后，他们提出了一种执行集体粒子交换的不可逆算法，该算法优于所有已知的蒙特卡罗算法。他们证明，这种基于集体交换算法也可用于描述非常密集的硬盘包的堵塞。

(张清源)

Irreversible Monte Carlo Algorithms for Hard Disk Glasses: From Event-Chain to Collective Swaps

Federico Ghimenti, Ludovic Berthier, and Frédéric van Wijland

Phys. Rev. Lett. 133, 028202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028202

[Featured in Physics] [Editors’ Suggestion] Experiments on a bed of plastic beads reveal a temperature-dependent stiffening over time, which appears to be related to molecular-scale deformations.

干燥颗粒材料由大量离散固体颗粒组成，这些颗粒通过接触点处的复杂摩擦力相互作用。这些粒子是如此之大，以至于这些系统被认为是完全无热的。Kasra Farain等人将流动颗粒材料的动力学捕获在稳态流动配置中，从而能够在颗粒接触处单独检查老化，而无需颗粒重排。他们的研究结果表明，受阻的无热颗粒网络内颗粒间力的演变会导致系统屈服应力的自发增加。这种强化过程是时间的对数，其速率取决于温度。他们证明，材料的应力松弛表现出类似的时间和温度依赖性行为，表明这些系统中的老化和应力松弛具有共同的起源，这些系统受晶粒接触尺度的热分子过程控制。

(张清源)

Thermal Properties of Athermal Granular Materials

Kasra Farain and Daniel Bonn

Phys. Rev. Lett. 133, 028203 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028203

Strain-controlled criticality governs the elasticity of jamming and fiber networks. While the upper critical dimension of jamming is believed to be d_u = 2, non-mean-field exponents are observed in numerical studies of 2D and 3D fiber networks. The origins of this remains unclear. In this study we propose a minimal mean-field model for strain-controlled criticality of fiber networks. We then extend this to a phenomenological field theory, in which non-mean-field behavior emerges as a result of the disorder in the network structure. We predict that the upper critical dimension for such systems is d_u = 4 using a Gaussian approximation. Moreover, we identify an order parameter for the phase transition, which has been lacking for fiber networks to date.

Field Theory for Mechanical Criticality in Disordered Fiber Networks

Sihan Chen , Tomer Markovich , and Fred C. MacKintosh

Phys. Rev. Lett. 133, 028201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028201

A fundamental question about biomolecular condensates is how distinct condensates can emerge from the interplay of different components. Here we present a minimal model of droplet differentiation where phase separated droplets demix into two types with different chemical modifications triggered by enzymatic reactions. We use numerical solutions to Cahn-Hilliard equations with chemical reactions and an effective droplet model to reveal the switchlike behavior. Our work shows how condensate identities in cells could result from competing enzymatic actions.

Droplet Differentiation by a Chemical Switch

Xi Chen , Rabea Seyboldt and et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 028402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028402

动力学陷阱是平衡统计力学中的一个有名的问题，温度淬火最终无法使系统达到低能配置。该文中，以各种自组装作为模型系统，Osat等人引入了一种通过利用组分之间的非互易相互作用来逃脱动力学陷阱的机制。在系统中引入由破缺的作用-反应对称性提供的非平衡效应，将系统的轨迹推到停滞动力学之外。模型的动力学由有关界面和缺陷的物理学中的工具进行研究。本该文提供的方法可以在自组装、玻璃态系统和具有停滞动力学的系统中找到应用，以促进在粗糙的能量景观中逃离局部最小值。

（吴雨轩）

Escaping Kinetic Traps Using Nonreciprocal Interactions

Saeed Osat, Jakob Metson, Mehran Kardar, and Ramin Golestanian

Phys. Rev. Lett. 133, 028301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028301

叶脉网络是一个分级的血管系统，将水和营养物质输送到叶细胞。粗的主脉形成分支网络，而次生叶脉网络可以形成闭环，形成明确的细胞结构。通过对各种不同叶种的广泛分析，Yuan Liu等人发现次生叶脉网络的明显无序的细胞结构表现出普遍的超均匀组织，并在大尺度上具有隐藏的秩序。无序超均匀系统缺乏传统的长程有序，但它们像晶体一样完全抑制了归一化的无限波长密度波动。具体来说，他们发现与静脉网络环相关的几何中心的分布在波数变为0的极限内具有消失的静态结构因子，其中，这为生物学中的III类超均匀性提供了一个例子。这种超均匀组织导致了更高的扩散传输效率，证据是与其他不相关或相关的无序但非超均匀组织相比，时间依赖的可扩散性S(t)更快地收敛到其长期渐近极限。本文的研究结果也对发现和设计具有最佳输运性能的新型无序网络材料具有重要意义。

（吴雨轩）

Universal Hyperuniform Organization in Looped Leaf Vein Networks

Yuan Liu, Duyu Chen, Jianxiang Tian, Wenxiang Xu, and Yang Jiao

Phys. Rev. Lett. 133, 028401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.028401

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