团队协作以更好地理解对称破缺

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江苏激光联盟导读：
团队合作以更好地理解对称性破缺。
在一项国际合作中， AMOLF研究人员从理论上描述和实验上观察到两个激光驱动耦合光学腔中的自发对称破缺(SSB) 。 SSB是一种普遍存在于许多物理系统中的现象。它是激光、超导性和希格斯玻色子机制的核心。在光学腔等激光驱动系统的情况下，尚不清楚单边带是如何发生的。由于激光驱动系统总是处于激光施加的状态，单边带的性质和表现形式与其他系统完全不同。

激光束对称地照射两个相同的耦合光学腔。空洞是灰色区域，缺少孔洞，并被红色孔洞包围。在临界光强度以上，微小的扰动会自发地破坏系统的对称性；绿孔柱是对称轴。一旦对称性被破坏，两个空腔中的一个会比另一个更亮。这种情况类似于位于双阱势不稳定点的粒子；轻微的震动会使它自动落在两口井的任何一口上。来源：Alejandro Yacomotti 和 Said R. K. Rodriguez
AMOLF小组最初是与法国和新西兰的小组竞争，在激光驱动耦合光学腔中实现单边带，但在某一时刻，他们决定合作。他们的共同努力导致了一个清晰的首次演示，和彻底的理论理解，单边带在激光驱动耦合光学腔。他们在2月4日的《物理评论快报》上发表了他们的发现。
两年多前， Said Rodriguez在一次会议上认识了他在法国做博士后时的前同事Alejandro Yacomotti 。他们意识到他们都在朝着同一个目标努力。 “Yacomotti的团队在实验上更先进，而我们在理论模型上领先。 ”Rodriguez说， “我们决定不竞争，而是共同努力。我想，没有必要做两件事，我们可以一起做一次，而且做得更好。 ”
自发对称性破缺
对称性在物理学中是丰富的，自从最早的自然哲学家以来，对称性就帮助科学家们洞察物理定律。系统的对称性可以被外力明显地打破，但也可以被微小的波动自发地打破。物理学的许多领域都在研究这种现象是如何以及何时发生的。 Rodriguez评论道:“想象一根完美的圆柱形棍子，直立着。如果我们在这样一根棍子的顶部均匀地施力，它会保持一段时间。但是，随着力的增加，一个微小的波动就可能折断或弯曲棍子，这样系统就不再是对称的。这是自发对称破缺的一种形式。 ”、

(a)两个瞬时耦合注入腔和(b)由此产生的分裂混合对称(c)的双参数分叉图。
耦合腔
Rodriguez和他的团队与他在法国和新西兰的同事一起，研究了一种天生对称的光学系统:一组由相干激光驱动的两个光学腔。由于激光驱动的耦合光腔是各种光学信息处理技术的基石，因此在许多实验室中得到了广泛的研究。 “在激光本身，我们看到了单边带的经典案例。 ”他解释道， “激光需要一个临界泵浦阈值，超过这个阈值，发出的光有一个明确的相位。初始相位是自发选择的。所有的相位值都是等可能的，但有一个是由微小的波动随机选择的;然后我们说对称性被自发地打破了。几年前，我们的法国同事发表了一个类似的SSB演示，在系统中，驾驶阶段是无关的。 ”

注入强度和失谐的双参数分岔图。
创新思维
从那时起，几个小组一直在试图理解SSB是如何发生在系统的一致性驱动，例如由一个明确定义的相位激光。本出版物是SSB在这种连贯驱动系统中的首次演示。 Rodriguez解释说:“一个耦合非线性光腔系统可以在单一驱动条件下有许多状态。这使得SBB的实验观测具有很大的挑战性。我们合作的三个小组带来了各自的专长，并使用了不同的理论方法。这需要一些创新思维和这些不同方法的结合，才能将该理论推进到新的体系中，即系统在SSB点的两个不同状态中选择一个，就像在压力下向左或向右弯曲的棍子。 AMOLF博士生Kevin Peters和硕士生Anne Spakman在这个理论部分投入了大量的努力。我们的法国同事进行了实验，其中SSB确实被观察到在两个耦合腔中的一个增加了光强度。 ”
敏感传感
与他们的国际合作者一起， AMOLF团队提供了一个彻底和完整的基本框架来理解在耦合光腔中的单边带，这在几个技术领域有相关性。 “在SSB点，光腔中的光变得纠缠并显示出量子行为。这项工作中的发现可能与量子技术有关，在量子技术中，这样的系统可能是一个量子光源， ”Rodriguez说。

团队协作以更好地理解对称破缺

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