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# 物理学# 無秩序系とニューラルネットワーク# 強相関電子# 高エネルギー物理学-格子# 量子物理学

量子システムにおける多体局在の調査

この研究は、階段状の量子システムにおいて、乱れが粒子の局在にどのように影響するかを探ってるよ。

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量子理論における多体局在化量子理論における多体局在化る舞いを明らかにした。研究が乱れた量子システムにおける粒子の振
目次

この記事では、格子ゲージ理論という特定の量子システムについて見ていくよ。この理論は、粒子が時間と空間の中でどう振る舞うかを理解するのに役立つんだ。特に、多体局所化のアイデアに注目していて、これは粒子がある特定の領域に閉じ込められて、システムに乱れがあっても広がらない状態を指すよ。この研究では、梯子のような特定の設定でこの局所化がどう起こるかを調べてるんだ。

背景

格子ゲージ理論は物理学において重要で、粒子間の相互作用を理解するための枠組みを提供している。今回は、相互接続された点からなる梯子のようなシステムを考えてるんだ。各点は「電気フラックス」と呼ばれる量を保持できて、これはシステム内の電場の流れを表す方法なんだ。

核心のアイデアは、ランダムさが導入されたときにこれらのシステムの特性がどう変わるかを理解すること。ランダムさは乱れのように働いて、粒子がどう動いたり相互作用したりするかに影響を与えるんだ。

理論的設定

粒子が相互作用できる梯子型の設定を考えるよ。相互作用は、梯子内の異なる点にランダムな数字を含む方程式によって決まるんだ。このランダムな数字が、システム内の「乱れ」の基礎を形成するよ。

私たちの研究では、特に固有状態に興味があるんだ。固有状態は、システム内に存在できる特定の粒子の配置を指すよ。中間スペクトルの固有状態に焦点を当てていて、高すぎず低すぎないエネルギーレベルを見ているんだ。

分析ツール

このシステムで局所化がどのように起こるかを探るために、物理学でよく使われるツールをいくつか使うよ。その一つが、特定の梯子のセクションがアクティブ(粒子が自由に動ける場所)か不活性(粒子が閉じ込められている場所)かを判断するための推定器なんだ。

多くの異なる乱れの実現からデータを集めて、これらの特性が乱れの強さにどう変わるかを見るんだ。乱れの強さは、システム内にどれだけのランダムさがあるかを示してるよ。

発見

固有状態の分布

私たちの分析では、固有状態の分布に興味深いパターンが見つかったよ。梯子全体の電気フラックスを調べることで、特定の地域が乱れのレベルに基づいてどう振る舞うかがわかるんだ。特に、乱れの強さを増すと、固有状態が局所化に向かう傾向を示すことに気づいたよ。

乱れの強さの影響

弱い乱れの場合、システムは普通の粒子システムのように振る舞って、ランダムさの影響はほとんどないんだ。でも、乱れの強さを増すと、変化が見られるようになる。粒子はもっと局所化し始めて、時間とともに広がる可能性が低くなるんだ。

強い乱れの条件下では、システムの一部はほとんど完全に不活性で、他の部分はアクティブなままになって、すごく複雑な振る舞いのパターンが生まれるよ。これは、乱れたシステムの中でもアクティブな地域と不活性な地域が混在する可能性があることを示唆してる。

自己相関関数

私たちの研究のもう一つの重要な側面は、自己相関関数を見ることなんだ。この関数は、ある瞬間の粒子の状態が別の瞬間の状態にどう関係するかを説明するんだ。

弱い乱れの場合、これらの関数は時間とともに安定して減衰するよ。でも、大量の乱れを導入すると、いくつかのケースでは振動的な振る舞いが見られ始める。この振動は、特定の粒子が時間とともに規則的なパターンを示すことができることを示していて、強く乱れたシステムでは予想外なんだ。

動的ヘテロジェニティ

乱れの強さをさらに増すと、動的ヘテロジェニティが増加することに気づいたよ。これは、梯子の異なる部分が非常に異なる振る舞いを示すことを意味してる。一部の構成は安定した振る舞いを見せる一方で、他の部分は大きな変動を示すんだ。

この動的な振る舞いは、実際の物理システムで粒子がどのように相互作用するかを理解するのに重要だよ。強い乱れの条件下でも、粒子が予測可能な方法で振る舞う安定したポケットが存在する可能性があることを示唆しているんだ。

結論

結論として、この梯子型の量子システムについての調査は、乱れのある環境で粒子が局所化する仕組みについて重要な知見を明らかにしたよ。固有状態やその分布を分析することで、乱れが増すとアクティブな地域と不活性な地域が複雑に混ざり合うことがわかったんだ。

動的ヘテロジェニティの出現や自己相関関数における振動的な振る舞いは、乱れたシステムにおける粒子間相互作用の複雑な性質を浮き彫りにしているよ。この発見は、他のタイプの量子システムやそれらの実際の物理学への応用についての将来の研究への道を開くものだね。

私たちの研究は、多体局所化の堅牢性とシステムの構造設定への依存性を明らかにしていて、量子力学の分野でのさらなる探求のためのエキサイティングな道筋を示唆しているよ。

オリジナルソース

タイトル: Fate of many-body localization in an Abelian lattice gauge theory

概要: We address the fate of many-body localization (MBL) of mid-spectrum eigenstates of a matter-free $U(1)$ quantum-link gauge theory Hamiltonian with random couplings on ladder geometries. We specifically consider an intensive estimator, $\mathcal{D} \in [0,1/4]$, that acts as a measure of elementary plaquettes on the lattice being active or inert in mid-spectrum eigenstates as well as the concentration of these eigenstates in Fock space, with $\mathcal{D}$ being equal to its maximum value of $1/4$ for Fock states in the electric flux basis. We calculate its distribution, $p(\mathcal{D})$, for $L_x \times L_y$ lattices, with $L_y=2$ and $4$, as a function of (a dimensionless) disorder strength $\alpha$ ($\alpha=0$ implies zero disorder) using exact diagonalization on many disorder realizations. Analyzing the skewness of $p(\mathcal{D})$ shows that the finite-size estimate of the critical disorder strength, beyond which MBL sets in for thin ladders with $L_y=2$, increases linearly with $L_x$ while the behavior of the full distribution with increasing $L_x$ at fixed $\alpha$ shows that $\alpha_c (L_y=2) >40$, if at all finite, based on data for $L_x \leq 12$. $p(\mathcal{D})$ for wider ladders with $L_y=4$ show their lower tendency to localize, suggesting a lack of MBL in two dimensions. A remarkable observation is the resolution of the (monotonic) infinite temperature autocorrelation function of single plaquette diagonal operators in typical high-energy Fock states into a plethora of emergent timescales of increasing spatio-temporal heterogeneity as the disorder is increased even before MBL sets in. At intermediate and large $\alpha$, but below $\alpha_c (L_y)$, certain randomly selected initial Fock states display striking oscillatory temporal behavior of such plaquette operators dominated by only a few frequencies, reminiscent of oscillations induced by quantum many-body scars.

著者: Indrajit Sau, Debasish Banerjee, Arnab Sen

最終更新: 2024-05-30 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://arxiv.org/abs/2405.20379

ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2405.20379

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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