费米子量子气体的普适随机矩阵行为

追求普适性支配原理是物理学的一项基础性探索,这一追求从热力学到广义相对论和量子力学领域不断推动着重大突破。1951年,维格纳提出重原子能级统计描述的概念,由此催生了随机矩阵理论(RMT)在物理学中的兴起。该理论成功刻画了各类原子系统的谱特性,规避了量子多体相互作用的复杂性。基于随机性与对称性这两大基本原理,随机矩阵理论随后在量子场论、无序系统及无线通信等众多物理领域展现出应用价值,揭示了普适规律。 该理论最具说服力的应用之一体现在描述非相互作用费米气体多体波函数的数学结构上——这种结构由泡利不相容原理驱动,形成了复杂的空间组织形式。然而,此类系统中预测的计数统计特性始终缺乏实验验证。本研究团队在单原子层面探测了由两个相互作用自旋态构成的超冷原子费米气体,原位获取了其计数统计特性。测量结果表明:尽管系统存在强吸引作用,但基于弗雷德霍姆行列式的随机矩阵理论预测对每个自旋组分都给出了极其精准的描述。这项成果首次通过随机矩阵理论视角实验验证了“费米球点过程”,并确立了其在强相互作用体系中的适用性。
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提交arXiv: 2025-10-29 17:40

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