La brisure spontanée de symétrie (SSB) est un phénomène physique dans lequel un système symétrique produit des états violant la symétrie. Récemment, une étude approfondie montre que la brisure de la symétrie parité-temps dans les systèmes ouverts conduit à des points exceptionnels, prometteur pour de nouvelles applications de location et de détection.

Dans ce travail, les chercheurs ont théoriquement démontré la rupture spontanée de la symétrie d'inversion du temps (symétrie en T) dans un système d'électrodynamique quantique à cavité. Le système est composé d'un ensemble d'atomes à 2 niveaux à l'intérieur d'une cavité. Les atomes sont maintenus près de leurs états excités les plus élevés et agissent comme un oscillateur avec une masse négative. Les chercheurs utilisent l'interaction dipolaire entre les atomes et le mode cavité pour induire la brisure de la symétrie en T et obtenir des points exceptionnels (EP).

"L'interaction dipolaire fournit un couplage linéaire entre le mouvement collectif des atomes et le mode cavité, " dit Yu-Kun Lu, qui est un étudiant de premier cycle à l'Université de Pékin. "Pour une faible force de couplage, le système subit une oscillation harmonique, qui est invariant sous l'opération d'inversion du temps. Lorsque la force de couplage atteint un seuil, le système devient instable contre le processus de production de paires (annihilation), et le nombre d'excitation du mode de cavité et des atomes augmentera (diminuera) avec le temps, conduisant ainsi à la brisure spontanée de la symétrie T. » Le point critique entre la phase brisée T-symétrique et la phase brisée T-symétrie s'avère être un EP.

"Pour démontrer l'existence de l'EP, nous avons montré la dépendance des fréquences propres ainsi que du mode propre sur le désaccord cavité-atome, et nous avons trouvé qu'ils fusionnent au point critique, et a ainsi prouvé qu'il s'agissait d'un EP, " dit Pai Peng, un ancien premier cycle du groupe du professeur Xiao et maintenant un doctorat. au Massachusetts Institute of Technology. De plus, en raison de la topologie singulière du PE, la dynamique au voisinage du PE est robuste.

"Après avoir encerclé toute une boucle autour de l'EP, l'état final ne dépend que du sens de la boucle mais pas de sa forme, et ainsi le résultat est topologiquement protégé, " dit Qi-Tao Cao, un doctorat à l'Université de Pékin.

"Les EP étaient autrefois étudiés exclusivement dans des systèmes ouverts. La démonstration de l'EP dans le système actuel élargit la compréhension de la SSB et des singularités en physique, " a déclaré le professeur Xiao. " Outre son intérêt fondamental, la rupture spontanée de la symétrie en T sans gain ni perte fournit également une nouvelle plate-forme pour diverses applications, comme la détection et le traitement de l'information quantique."