A quebra espontânea de simetria (SSB) é um fenômeno físico no qual um sistema simétrico produz estados que violam a simetria. Recentemente, extenso estudo mostra que a quebra de simetria de paridade-tempo em sistemas abertos leva a pontos excepcionais, promissor para novos aplicativos de locação e detecção.

Nesse trabalho, os pesquisadores teoricamente demonstraram a quebra de simetria de reversão de tempo espontânea (simetria T) em um sistema eletrodinâmico quântico de cavidade. O sistema é composto por um conjunto de átomos de 2 níveis dentro de uma cavidade. Os átomos são mantidos próximos aos seus estados mais excitados e agem como um oscilador com massa negativa. Os pesquisadores utilizam a interação dipolar entre os átomos e o modo cavidade para induzir a quebra da simetria T e obter pontos excepcionais (PEs).

"A interação dipolo fornece um acoplamento linear entre o movimento coletivo dos átomos e o modo de cavidade, "disse Yu-Kun Lu, que é graduando na Universidade de Pequim. "Para pequena força de acoplamento, o sistema sofre oscilação harmônica, que é invariante na operação de reversão do tempo. Quando a força de acoplamento atinge um limite, o sistema se torna instável contra o processo de produção em pares (aniquilação), e o número de excitação do modo de cavidade e os átomos irão aumentar (diminuir) com o tempo, levando assim à quebra espontânea da simetria T. "O ponto crítico entre a fase simétrica T e a quebra da simetria T provou ser um EP.

“Para demonstrar a existência de EP, mostramos a dependência das frequências próprias, bem como do modo próprio na dessintonia do átomo-cavidade, e descobrimos que eles se aglutinam no ponto crítico, e assim provou ser um EP, "disse Pai Peng, um ex-graduando no grupo do Prof. Xiao e agora um Ph.D. no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Além disso, devido à topologia singular do EP, a dinâmica nas proximidades do PE é robusta.

"Depois de envolver todo um ciclo em torno de EP, o estado final depende apenas da direção do loop, mas não de sua forma, e, portanto, o resultado é protegido por topologia, "disse Qi-Tao Cao, um Ph.D. na Universidade de Pequim.

"Os EPs costumavam ser estudados exclusivamente em sistemas abertos. A demonstração de EPs no sistema atual amplia o entendimento de SSB e singularidades na física, "disse o Prof. Xiao." Além de seu interesse fundamental, a quebra espontânea da simetria T sem ganho ou perda também fornece uma nova plataforma para várias aplicações, como detecção e processamento de informações quânticas. "