开云电竞（中国）责任有限公司蓝善权博士在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表高质量研究成果

近日，我校物理科学与技术学院、相对论天体物理重点交叉学科的蓝善权博士（第一作者）在物理学顶级期刊Physical Review Letters（中科院一区Top期刊）上以岭南师范学院为第1单位发表了题为“Heating up quadruply quantized vortices: Splitting patterns and dynamical transitions”的研究论文。文章首次在数值模拟中发现了涡度为4的量子化涡旋新的分裂模式，同时揭示了分裂模式会因温度变化发生转变。

超流是量子力学一种独特的宏观呈现。而在其中生成的拓扑缺陷-涡旋，其环流（“角动量”）是量子化的，环流量子化数被称为涡度。诺贝尔奖得主费曼就把量子化涡旋的出现作为判断系统进入超流态的一个基本判据。而它的动力学也一直是超流领域的重要研究内容, 因为它在我们理解量子湍流乃至经典湍流中扮演着基础性作用。虽然量子化涡旋最早在液氦超流中被证实，但是其中的涡旋（线）非常小，难以可视化。四十多年后，人们在玻色爱因斯坦凝聚冷原子气体中直接观测到了量子化涡旋，其尺度要比液氦中的涡旋（线）大上千倍。这使得冷原子系统成为一个研究量子化涡旋以及量子湍流的绝佳场所。特别的，2002年在冷原子气体中制备出了涡度为2的量子化涡旋，两年后对它的分裂过程进行了研究。后来，冷原子物理学家又制备出了涡度为4的量子化涡旋，并研究了它的分裂过程，发现它呈现了的分裂模式，分裂成了4个涡度为1的量子化涡旋（见图1）。可是基于能量的考量，理论上还存在的分裂模式（见图1）。究竟是什么导致了上述实验与理论的差别？有无任何方式能够在实验上也可以观测到的分裂模式？这些都是关乎涡度为4的量子化涡旋分裂动力学的重要问题。可是实验室中冷原子系统并不是处于绝对零度的孤立量子多系统统，而是与周围环境所形成的热浴有能量的交换，从而处于一个有限的温度。而传统的理论工具箱中缺乏用来考察有限温度下量子多系统统非平衡动力学的有效工具。

幸运的是，自牛顿的万有引力定律，爱因斯坦的广义相对论，人们对引力又发生了第三次革命性认识，即引力系统是全息的。一个引力系统等价于它时空边界上低一维度的没有引力的量子多体系统。特别的，由著名物理学家霍金预言的有温度的黑洞等价于边界上处于有限温度的量子多体系统。基于此，岭南师范学院蓝善权副教授，芬兰赫尔辛基大学在读博士李昕，中国科学院大学田雨教授团队以及北京师范大学张宏宝副教授合作，将在有限温度下涡度为4的量子涡旋分裂动力学转化为高一维度黑洞背景上的动力学，从而获得了对量子涡旋分裂动力学的完备描述。特别的，他们研究了温度对涡度为4的量子化涡旋的不稳定性和分裂模式的影响，不仅揭示了温度诱导的两个连续的动力学转变（见图2），也首次在数值模拟中发现了五重和六重旋转对称模式的分裂模式（见图3）。相关结果表明的分裂模式之所以在冷原子实验中被观测到，是因为所涉冷原子气体的温度极低导致的；另一方面，全息对偶也预言了的分裂模式是可以通过把冷原子气体加热到高温而被观测到的。更为重要的是，这一研究为AdS/CAP这一处于婴儿期的前沿领域注入了新的活力，为后续全息对偶在冷原子物理中的进一步应用打开了前景光明的一扇窗。

物理学顶级期刊《Physical Review Letters》，隶属于美国物理学会，主要发表原创性强、极为重要的物理研究成果，目前该期刊的录用率维持在20%。本研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和岭南师范学院学术骨干培养计划、相对论天体物理重点交叉学科、燕岭优青项目、访问学者项目等大力支持。蓝善权是相对论天体物理重点交叉学科的成员之一，该团队主要成员为李固强教授、莫杰雄教授、徐孝宝博士和蓝善权博士。团队近五年来共获批或结项4项国家自然科学基金项目、4项广东省自然科学基金项目。团队一直从事相对论、黑洞物理、全息引力方面的研究，近五年在《物理评论快报》（PRL）、《物理评论D》（PRD）、《高能物理杂志》（JHEP）等国际权威英文刊物发表SCI收录学术论文20多篇。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.221602

图1 量子涡旋的能量正比于其涡度的平方，据此可以计算出只有图中5种分裂方式是可能的，因为其中量子涡旋的能量总和小于涡度为4的量子涡旋的能量。

图2 初始加入随机微扰，三个温度下涡度为4的量子化涡旋的分裂过程。图中显示的是超流凝聚值和相位随开云电竞（中国）责任有限公司的变化情况。

图3 初始加入的微扰，涡度为4的量子化涡旋的分裂过程。