Pesquisadores revelam evidências de transição da dinâmica de ruptura ergódica para a ergódica

Diagrama de fases dependente da densidade. Crédito:USTC

Uma equipe de pesquisa colaborativa relatou evidências experimentais de uma transição da dinâmica de ruptura ergódica para a ergódica em gases atômicos de Rydberg dissipativos acionados. Os resultados foram publicados na Science Advances.

Os sistemas de muitos corpos muitas vezes relaxam até um estado de equilíbrio por causa da ergodicidade, de modo que um observável se torna invariante com o tempo. No caso de equilíbrio robusto, o observável procura rapidamente novos pontos fixos no espaço de fase. No entanto, há exceções, por exemplo, em sistemas integráveis e localizados de muitos corpos, onde a ergodicidade quebrada pode inibir o equilíbrio e a termalização do sistema.

O estudo da ruptura ergódica é instrutivo para o colapso do mercado e a recuperação nas finanças, para a epilepsia cerebral em redes neurais e para o alerta precoce de saltos críticos em sistemas complexos. Átomos de Rydberg com interações de longo alcance servem como sistemas de muitos corpos ideais para estudar a dinâmica não-ergódica de muitos corpos. Em um sistema de átomos de Rydberg dissipativos acionados, o sistema terá uma oscilação de fase de longo prazo sem equilíbrio devido à agregação de átomos de Rydberg.

Aglomerados Rydberg e oscilações sincronizadas. Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5893

Os pesquisadores obtiveram a observação experimental da dinâmica não ergódica de muitos corpos em um gás de átomos de Rydberg fortemente interagindo por excitação de dois fótons de átomos de Rydberg à temperatura ambiente, que é afetada por uma combinação de acionamento coerente do laser, interações de átomos de Rydberg e dissipação. .

Ao ajustar os parâmetros do laser, as equipes de pesquisa observaram uma transição de fase de desequilíbrio na qual ocorreu uma bifurcação entre as fases ergódica e fracamente não ergódica. Os átomos na fase ergódica foram distribuídos uniformemente, enquanto o número de partículas do estado Rydberg na fase fracamente não ergódica apresentou oscilações não triviais.

Os pesquisadores também capturaram oscilações coletivas de muitos corpos de longa duração, na ordem de milissegundos, que excedem em muito a escala de tempo da dissipação associada. De acordo com a análise dos pesquisadores, essa quebra ergódica se deveu à agregação de átomos de Rydberg fortemente interagindo no espaço livre.

Os sistemas de muitos corpos de Rydberg são de grande importância para sondar a dinâmica de quebra da ergodicidade e a transição de fase de não-equilíbrio. Este trabalho lançou luz sobre a ergodicidade da matéria complexa e do fenômeno de desequilíbrio, revelando a relação entre a dissipação e a ergodicidade.

As equipes foram lideradas por Guangcan Guo, chefiado pelo Prof. Baosen Shi e Prof. Dongsheng Ding da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências, com os esforços colaborativos da Universidade de Nottingham, East China Normal University e Universidade de Durham.

Mais informações: Dongsheng Ding et al, Ergodicidade rompendo com aglomerados de Rydberg em um sistema de muitos corpos dissipativo dirigido, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5893
Informações do diário: Avanços da ciência

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