La ruptura espontánea de la simetría (SSB) es un fenómeno físico en el que un sistema simétrico produce estados que violan la simetría. Recientemente, Un estudio extenso muestra que la ruptura de la simetría de paridad-tiempo en sistemas abiertos conduce a puntos excepcionales, prometedor para aplicaciones novedosas, leasers y sensing.

En este trabajo, Los investigadores demostraron teóricamente la ruptura espontánea de la simetría de inversión del tiempo (simetría T) en un sistema de electrodinámica cuántica de cavidad. El sistema está compuesto por un conjunto de átomos de 2 niveles dentro de una cavidad. Los átomos se mantienen cerca de sus estados de excitación más altos y actúan como un oscilador con masa negativa. Los investigadores utilizan la interacción dipolar entre los átomos y el modo de cavidad para inducir la ruptura de la simetría T y obtener puntos excepcionales (EP).

"La interacción dipolar proporciona un acoplamiento lineal entre el movimiento colectivo de los átomos y el modo de cavidad, "dijo Yu-Kun Lu, quien es estudiante de la Universidad de Pekín. "Para una fuerza de acoplamiento pequeña, el sistema sufre una oscilación armónica, que es invariante bajo operación de inversión de tiempo. Cuando la fuerza del acoplamiento alcanza un umbral, el sistema se vuelve inestable frente al proceso de producción de pares (aniquilación), y el número de excitación del modo de cavidad y los átomos aumentarán (disminuirán) con el tiempo, lo que conduce a la ruptura espontánea de la simetría T. "El punto crítico entre la fase de simetría T y la fase rota de simetría T ha demostrado ser un EP.

"Para demostrar la existencia de EP, mostramos la dependencia de las frecuencias propias, así como el modo propio en la desafinación del átomo de la cavidad, y descubrimos que se fusionan en el punto crítico, y así demostró ser un EP, "dijo Pai Peng, un ex estudiante en el grupo del Prof. Xiao y ahora un Ph.D. en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. Es más, debido a la singular topología del EP, la dinámica en las proximidades del EP es robusta.

"Después de rodear un ciclo completo alrededor de EP, el estado final solo depende de la dirección del bucle pero no de su forma, y así el resultado está protegido topológicamente, "dijo Qi-Tao Cao, un doctorado en la Universidad de Pekín.

"Los EP solían estudiarse exclusivamente en sistemas abiertos. La demostración de EP en el sistema actual amplía la comprensión de SSB y singularidades en física, ", dijo el profesor Xiao." Aparte de su interés fundamental, La ruptura espontánea de la simetría T sin ganancia o pérdida también proporciona una nueva plataforma para varias aplicaciones, como la detección y el procesamiento de información cuántica ".