來源：華東師範大學
美國時間8月26日，國際物理學權威學術期刊《科學》（Science）雜誌以“First Release”形式刊發華東師範大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室武海斌教授課題組的研究成果“光學腔內超冷簡併費米氣體超輻射量子相變的觀測”。這是2016年發表《標度不變的費米氣體中Efimovian膨脹的觀察》後，武海斌團隊成果以華東師範大學為第一完成單位再登《科學》正刊。
《科學》“First Release”武海斌課題組研究
該研究首次揭示了量子統計在超輻射量子相變中的作用，發現泡利排斥改變了臨界泵浦強度隨原子數的標度率，為研究長程相互作用費米多體態的非平衡動力學提供了一個理想的平台。
“這是一個重要的里程碑”
研究工作首次揭示了量子統計在超輻射量子相變中的作用，發現泡利排斥改變了臨界泵浦強度隨原子數的標度率，為研究長程相互作用費米多體態的非平衡動力學提供了一個理想的平台，將打開許多新的研究方向。
該研究被評審人評價為“這是一個重要的里程碑，為實現利用光子媒介的相互作用來探索長程相互作用費米子多體物理的量子模擬鋪平了道路。”
另一個評審人評價是“這是一個期待已久的實驗去觀察先前僅僅在理論上預測過的”；“費米統計對觀測到耗散相變的影響將打開一個到目前為止僅可以從理論上考慮的整個領域。許多令人興奮的觀察，如拓撲相的耗散穩定或自旋液體相，將隨之而來。”
量子統計首次在實驗中被觀測
超冷量子氣體與腔量子電動力學相結合為研究新奇的多體物理相變提供了一個理想的系統。一個標誌性例子是著名的Dicke模型，其描述了光場和原子之間的集體相互作用，在強耦合下可出現一個在正常和穩態超輻射相之間的二階量子相變。
但自1973年提出這一超輻射量子相變以來，一直沒有在實驗上觀察到。直到2010年在玻色愛因斯坦凝聚體（BEC）中利用超冷原子的動量態才實現了Dicke相變。
與玻色原子相對應的自然界中的另一類原子，費米原子，其和腔量子電動力學的相結合儘管很早就引起科學家的廣泛關注，但實驗研究具有極大的挑戰性。
是否可以在費米原子中實現物質波的放大在20年前就在科學領域內有大的爭論；2014年三個理論小組預測了簡併費米氣體中存在穩態超輻射相，其原子量子統計和光晶格的嵌套起着重要的作用。然而量子統計一直沒有在實驗上被觀察到。
武海斌教授課題組從2013年聚焦這一挑戰的實驗，經過多年的努力，克服了超冷量子氣體複雜系統中光學腔的頻率精密控制技術，率先實現了超冷費米原子和光學腔的強耦合，研究中，發展了精密調控光學腔內超冷費米氣體溫度的操控手段，首次觀察到了費米原子的超輻射量子相變，更重要的是第一次揭示了原子統計在超輻射量子相變中的作用。
持續攻關，5年兩次登上《科學》
精密光譜科學與技術國家重點實驗室，依託華東師範大學，圍繞國家重大戰略需求和國際科技前沿，形成了“高精度”“高分辨”“高靈敏”的精密光譜研究平台，發展光場時頻精密控制與測量新技術，揭示光場與物質相互作用的新機制、新效應，開拓航空航天與國防安全等重大應用。
這支國重實驗室團隊為衝擊世界第一梯隊、引領卓越大學建設，始終瞄準國家使命性任務和面向世界科學前沿，矢志不渝不懈奮鬥，付出了艱苦的努力。
該研究中，華東師範大學為第一完成單位，合作單位是中國工程物理研究院研究生院，博士生張笑天為論文第一作者。武海斌教授為論文的通訊作者。
武海斌2012年獲華東師範大學“青年高層次人才計劃”支持引進，入選中組部“海外高層次人才引進”計劃。在學校的支持下，依託精密光譜科學與技術國家重點實驗室，武海斌建立了超冷原子和分子精密控制的實驗平台，組織團隊持續攻關，研究強相互作用超冷量子氣體的實驗研究，2019年獲國家自然科學基金委傑出青年基金資助。
華東師大精密光譜科學與技術國家重點實驗室武海斌教授
近些年來，其團隊在多體強相互作用非平衡動力學以及量子熱力學方面取得一系列重要研究進展：實驗發現了強相互作用超冷費米氣體普適的Efimovian膨脹動力學[Science 353,371(2016)]以及超級Efimovian膨脹動力學[Phys. Rev. Lett. 120, 125301 (2018)]；在強相互作用超冷費米氣體中首次實現量子絕熱捷徑以及強關聯多體熱機做功的耗散抑制 [Science Advances 4, eaar5009 (2018)]；實現了一種區別於傳統熱傳遞機制的新型長程可控熱傳輸 [Nat. Commun. 11, 4656 (2020)，Phys. Rev. Lett.124, 053604 (2020)]。
在強相互作用超冷量子氣體非平衡多體動力學和熱力學操控中積累了豐富的研究經驗。本論文的另一作者鄧書金青年研究員是武海斌教授的第一個博士畢業生，為我校青年紫江學者（2017年）。
這項工作得到了科技部量子調控重點專項、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金傑出青年基金項目、上海市市級重大專項以及重大基礎研究項目的資助。
