序

普通物理：统计与量子物理

责编：涂展春

用旋转磁场对量子气体中的

偶极-偶极相互作用进行调制

Tang等人通过快速旋转原子偶极子的取向演示了对镝玻色-爱因斯坦凝聚物内的磁偶极子偶极相互作用（DDI）的调制。在飞行时间（ time-of-flight ）扩展后，偶极平均场能量的可调制性表现为气体纵横比的修正。作者证明，DDI的大小和符号都可以使用这种技术来调制。特别地，作者发现了一个神奇的旋转角，在该旋转角上可以消除平均场DDI。并且在这个角度上，他们观察到凝聚物的膨胀动力学与对非偶极气体的预测相近。DDI强度的可调制性为奇异孤子、涡旋态、异常量子晶格相以及Weyl超流体的形成开辟了新的途径。（马宇翰）

Tuning the Dipole-Dipole Interaction in a Quantum Gas with a Rotating Magnetic Field

Yijun Tang, Wil Kao, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230401 (2018)

强幺正性与重叠不确定性关系：

理论与实验

Bong等人推导并在实验上研究了一个适用于任何n维幺正算符的强不确定性关系。这一结果表明标准不确定性关系和其他一些不确定关系只是一些特殊的例子。另外，该结果也可以用几何相位来表示。这一强不确定性关系被任意n维量子系统的每个纯态所饱和。对于任意n＋1维纯态的跃迁几率而言，它能生成一个紧致的重叠不确定关系，并给出了非时间关联函数的上界。作者使用光子偏振量子比特，通过对广义几何相位的干涉测量，测试这些不确定关系以及重叠不确定关系下的最小不确定态。（马宇翰）

Strong Unitary and Overlap Uncertainty Relations: Theory and Experiment

Kok-Wei Bong, Nora Tischler, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230402 (2018)

飞行时间测量是观察

任意子统计的一种可能方法

Umucalılar等人提出了一种标准的飞行时间实验，用以观察超冷原子的分数量子霍尔态中准空穴的任意子统计。利用局域势囚禁准空穴并测量自由膨胀云半径平方的期望，可以稳定的制备出准空穴态。它与初态的平均总角动量有关，为统计相位提供了直接特征。对于包含相当数量粒子的具有 ν=1/2 和 1/3的分数量子霍尔液体，作者用蒙特卡洛计算验证了他们提出的方法。本文还对在光量子霍尔液体和非阿贝尔任意子中的推广进行了简要讨论。（马宇翰）

Time-of-Flight Measurements as a Possible Method to Observe Anyonic Statistics

R. Umucalılar, E. Macaluso, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230403 (2018)

掩蔽量子信息是不可能的

编码在复合量子态中的经典信息可以被完全的隐藏在约化的子系统中，并且只可能在关联中被发现。对量子信息而言也是如此吗？如果量子信息被隐藏在子系统上并通过量子关联扩散，我们可以称之为量子信息的掩蔽。Modi等人证明，除了某些受限的非正交量子态，掩蔽量子信息对于任意量子态来说是不可能的。这一结果表明，一种更强版本的量子比特承诺（quantum bitcommitment）——“量子量子比特承诺”(quantumqubit commitment)一般来说是不可能实现的。本文的发现可能在密钥共享和未来的量子通信协议中具有潜在的应用。（马宇翰）

Masking Quantum Information is Impossible

Kavan Modi, Arun Kumar Pati, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230501 (2018)

面向有光子损耗的可扩展玻色采样

[编辑推荐语]本文发展了一种基于光子的用于演示量子比经典机器优势的方法，可以处理光子损耗，也使实验更为便利。

玻色采样是一个定义明确的任务。这一对经典计算机而言非常棘手的问题，可以用一个特定的量子模拟器来有效的解决。然而，大规模玻色采样实验遇到的一个突出问题是其可扩展性。在本文中，Wang等人完成了一个具有光子损耗的玻色采样实验。他们的实验表明，伴随少量光子损失的玻色采样具有较高的采样率。作者在实验中使用量子点微柱（quantum-dot-micropillar）单光子源多路解编成具有七个输入端口的16×16模超低损耗光子电路，他们检测了三，四和五倍符合计数。作者实现并验证了有一个和两个光子丢失的有损玻色子采样。进一步，他们测得在有两个光子丢失的情况下对五、六和七个光子玻色采样率分别为187、13.6和0.78 kHz。这些结果分别是相应的标准玻色采样率的9.4、13.9和18倍。本文报道的实验结果表明，该研究所提出的方法可以显著地提高多光子玻色采样的采样率。（马宇翰）

Toward Scalable Boson Sampling with Photon Loss

Hui Wang, Wei Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230502 (2018)

用精确的维度见证

证明不可约1024维光子态

Aguilar等人报告了一类基于量子随机存取码的新型维度见证（Dimension Witnesses）。量子随机存取码是所记录统计数据的函数，它对于高维物理系统所有可能的分解具有不同的边界。因此，它可以证明系统的维度，并具有识别高维系统是否可以在低维子系统中分解的显著特征。为了展示该技术的实用性，作者使用它在实验上证明了不可约1024维光量子态的产生。因此，证明了该状态不是多个部分的或是使用单光子的多个非耦合自由度进行编码的。作者发展的协议可以广泛的用于现代量子信息实验，以解决高维量子系统的产生，这种情形下量子层析成像可能变得棘手。（马宇翰）

Certifying an Irreducible 1024-Dimensional Photonic State Using Refined Dimension Witnesses

Edgar A. Aguilar, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230503 (2018)

本征态热化的动力学典型性方法

Reimann考虑了孤立量子多体系统微正则能量壳内的所有初始状态构成的集合，它对于某些给定的可观测量A表现出任意但固定的非平衡期望值。在这一集合不太小的条件下，作者利用动力学典型性方法证明了大多数这样的初始状态都表现出热化，当且仅当A满足所谓的弱本征态热化假设（wETH）。在这里，热化意味着在初始的瞬态消失后，A的期望值大部分时间都接近微正则值。wETH意味着，在能量壳层中，相关系统哈密顿量的大多数本征态表现出与A非常相似的期望值。（马宇翰）

Dynamical Typicality Approach to Eigenstate Thermalization

Peter Reimann

Phys. Rev. Lett. 120, 230601 (2018)

量子库控制实现的非保守力

Vuglar等人设计了一种沿着预定轨迹操控量子波包来控制耗散环境的系统方法。这种方法在以下几个例子中得以展示：环境辅助隧穿、囚禁、有效质量测定和赝相对论行为。作者发现非保守随机力并不必然导致退相干，系统仍旧能够很好地保证纯度。这些发现凸显了由非平衡量子开系统动力学给出的灵活性。（刘宁）

Shanon L. Vuglar, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230404 (2018)

马约拉纳时间晶体中非阿贝尔分枝的模拟

离散时间晶体已经吸引了相当多的理论和实验研究，但是它们潜在的应用仍然还没有被发掘。Bomantara和Gong在一个适应于两个不同种类拓扑边缘模的周期驱动的超导线中发现了一种特定的离散时间晶体，名为“马约拉纳时间晶体”。进而作者证明，可以在时间晶体中操纵不同的马约拉纳边缘模并使之分离，这导致了一种对于拓扑保护门操作模仿分枝未曾预见的情况。他们提议的方案也可产生一个神奇的态，这个态对于一般量子计算是重要的。此项研究进一步推进了对离散时间晶体的量子控制，并且揭示了它们由于时域性质带来的巨大潜能。（刘宁）

Simulation of Non-Abelian Braiding in Majorana Time Crystals

R. Bomantara and Jiangbin Gong

Phys. Rev. Lett. 120, 230405 (2018)

在玻色-哈伯德三聚物中由于量子态制备

所带来的介观动力学的差异

传统观点认为量子效应将伴随体系粒子数量的增加而趋于消失，与此同时，系统的演化将会越来越接近平均场经典方程描述的行为。在这篇文章中，Olsen等人结合最新的理论和实验技术提出并分析了一个实验，这个实验使用玻色-哈伯德三聚物，出现了与之相反的情况。作者发现中空三聚物的制备差异很容易导致后续动力学的可观测差异，这种差异随着系统尺寸增加而增加。重要的是，这些差异可以由对原子数的简单测量来探测。（刘宁）

Mesoscopic Dynamical Differences from Quantum State Preparation in a Bose-Hubbard Trimer

M.K. Olsen, T.W. Neely et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230406 (2018)

相干性的鲁棒性具有的

可观测性与可操作性的实验证明

对于各种各样的量子技术而言，量子相干是一种非常重要的物理资源。相干性的鲁棒性（ROC）作为量化相干性的一种真实度量，不仅具有数学上的严格性，而且具有物理意义。Zheng等人在实验上证明了多量子比特核磁共振系统中ROC具有可操作和见证可观测的特征。在一次实验中，作者通过检测量子系统的布居数，实现了见证测量。这种方法也可以应用到与系综或者非破坏性测量相一致的物理系统。此外，本文从实验上展示了ROC可以量化量子态在相位识别中带来的优势。（刘宁）

Experimental Demonstration of Observability and Operability of Robustness of Coherence

Wenqiang Zheng, Zhihao Ma et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230504 (2018)

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

天体物理引力波背景角功率谱的

首次预测

文章中，Cusin等人给出了对天体物理引力波背景的角功率谱的首次预测，其中引力波背景包括已经解决的和尚未解决的所有天体物理源的辐射。形状和幅度由星系尺度的天体物理学特性和宇宙学特性两方面共同决定。他们指出，角功率谱在大尺度上表现为Cl~1/l，信号的相对波动在100Hz时为30%。他们还介绍了天体物理引力波背景与弱透镜和星系分布的联系。另外，这些数值结果为广义相对论、天体物理学和宇宙学之间的交叉研究铺平了道路。

First Predictions of the Angular Power Spectrum of the Astrophysical Gravitational Wave Background

Giulia Cusin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 231101 (2018)

原初黑洞周围的超辐射云中

受激轴粒子衰变

超辐射不稳定性可以导致在转动黑洞的周围产生极密的轴粒子云。Rosa和Kephart发现，尽管量子色动力学轴粒子比自发衰变光子对的寿命长，但是受激衰变明显高于最小的轴粒子密度，因此会产生非常明亮的激光。激光阈值可以达到轴粒子质量μ>~10-8eV，意味着发生超辐射不稳定性的原初黑洞质量约小于等于0.01太阳质量。虽然后者在形成中被预期没有旋转，但是后续的合并会产生大量的转动黑洞。他们进一步说明，激光可以通过Schwinger对产生进行淬火，在轴粒子云中产生临界电子-正电子等离子体。一旦通过湮灭将等离子体密度降低到足够程度，激光仍然可以重新启动，最终导致多次激光爆发，直到黑洞转速降低到足以抵消超辐射不稳定性。特别地，当轴子质量为~10-5eV，原初黑洞质量为~1024kg，这时可以解释为宇宙的所有暗物质，并导致在GHz射频范围内产生毫秒爆发，峰值亮度为~1042erg/s，暗示可能与观察到的快速射电暴有关。

Stimulated Axion Decay in Superradiant Clouds around Primordial Black Holes

J. Rosa and Thomas W. Kephart

Phys. Rev. Lett. 120, 231102 (2018)

旋转黑洞时空的有质量矢量场：

可分离性和准正模

文章中，作者证明了任意维一般Kerr-NUT-AdS黑洞时空的有质量矢量(Proca)场方程具有可分离性，填补了长期存在的文献空白。对于四维克尔几何，他们对得到的分离方程进行了更详尽的研究，计算了相应的准正模。在分离假定下，Proca场三个独立极化模式中的两个来自可分离形式，这个结果与最近被发现的数值结果高度一致，而且在该数值计算中，使用的是全耦合的偏微分方程，并没有借助可分离性质。

Massive Vector Fields in Rotating Black-Hole Spacetimes: Separability and Quasinormal Modes

Valeri P. Frolov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 231103 (2018)

粒子物理

责编：晁 伟、刘晓辉

从流体动力学得到的黑洞扰动

作者主张用来抽取有全息对偶的强耦合量子理论中的扰动率的引力激波直接与探测系统的流体动力学的声模有联系。从激波中还原的信息可以通过在具有一定性质的单边黑洞视界处的纯粹的类扩散的线性化引力波重建。在两重微分的体理论中，这种视界扩散可以通过一种简单的关系与更晚时间的动量扩散相关联，这种关系在更高阶微分理论中则会失效。作者证明了同样值的虚频率与动量满足流体动力学声模的色散关系。频率、动量以及群速度给出了全息Lyapunov指数以及蝴蝶速度。另外，在该特殊点并沿着声模色散关系曲线，延迟径向的两点张力-能量张量函数为零。这建立了在解析沿拓，虚动量处的流体动力学声模以及全息蝴蝶效应间的直接联系。进一步地，作者的结果暗示了无穷强耦合，大NC的全息理论有着与经典稀疏气体类似的性质。在那里，更晚时间的平衡和更早时间的扰动被同样的动力学所左右。

BlackHole Scrambling from Hydrodynamics

Sašo Grozdanov, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 231601 (2018)

致密QCD媒质中喷注的类真空碎裂

作者研究了在致密的夸克-胶子等离子体中传播的喷注的碎裂。通过使用量子色动力学中领头双对数近似，作者首次计算了媒质对于多重类真空辐射的影响。作者证实了由于与等离子体散射，在媒质中的部分子簇射与在真空中的簇射有两个重要的区别：簇射的相空间减小了并且第一个在媒质外的辐射可以违反角度顺序。作者计算了喷注的碎裂函数并发现其结果与LHC的测量定性吻合。

Vacuumlike Jet Fragmentation in a Dense QCD Medium

P. Caucal, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 232001 (2018)

在欧洲核子中心的NA64实验中寻找

假想的16.7MeV的规范玻色子与暗光子

[编辑推荐语]用来搜索与电子耦合的轻玻色子的实验数据把用来解释8Be∗衰变中的反常现象的理论相空间排除掉了一半。

文章报道了首个直接搜索16.7MeV规范玻色子（X）的结果。该玻色子可以解释在激发8Be∗衰变中观测到的e+e-的反常超出现象。由于该粒子与电子耦合，X可以通过将100GeV的e-束流打在N64活性靶过程中的轫致辐射e-Z→e-ZX机制产生，并通过X衰变到e+e-来观测。通过对5.4×1010个电子观测，没有发现存在X的证据。实验因此可以对X-e-耦合做出首个限制为1.3×10−4≲εe≲4.2×10−4并排除了部分之前允许的参数空间。通过对没有观测到质量小于23MeV的A’→e-e+的衰变，实验还给出了光子与暗光子混合强度的新限制。

Searchfor a Hypothetical 16.7 MeV Gauge Boson and Dark Photons in the NA64 Experimentat CERN

D. Banerjee et al. (NA64 Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 231802 (2018)

观测到正反顶夸克

与希格斯粒子伴随产生

[编辑推荐语]CERN的质子对撞实验提供了希格斯粒子与最重夸克间相互作用的新的掌控。

本文报道了在质心能量为7、8以及13TeV，积分亮度为5.1、19.7以及35.9fb-1的质子质子对撞的联合分析中，观测到希格斯粒子与正反顶夸克对的伴随产生。数据由CERN LHC的CMS探测器收集。分析将希格斯伴随正反顶夸克对的产生并衰变到W，Z，光子，τ轻子或者底夸克喷注的统计独立的结果合并起来，从而最大化灵敏度。在5.2标准误差的显著偏差，实验发现了对于只存在背景假设的事例的超出。对应的，对于质量为125.09GeV的标准模型希格斯粒子来说该期望显著度为4.2标准差。合并后对归一化到标准模型的信号强度最好的拟合结果为1.26+0.31-0.26。

Observationof t ¯ t H Production

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 231801 (2018)

从奇点以及规范不变性

得到散射振幅的定域以及幺正性

Nima等人猜测胶子与引力子的领头双微分树图振幅可以通过规范不变性以及对他们奇点结构进行略微的假设得到。假设定域的成立，作者证明了在n-1粒子中的规范不变性加上最小power counting唯一地确定了振幅。因子化形式中的幺正性由定域性以及规范不变性得到。作者还对一个更强的假设给出了证据：假设奇点仅仅在外动量在壳时候出现，作者通过非平凡的例子显示了规范不变性以及power counting对图的奇点有要求。对Goldstone玻色子的理论，如非线性sigma模型以及Dirac-Born-Infeld理论，通过把规范不变条件用在软极限下适当的自由度消失来替换，则同样的结论依然适用。

Localityand Unitarity of Scattering Amplitudes from Singularities and Gauge Invariance

Nima Arkani-Hamed, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 231602 (2018)

原子核物理

责编：耿立升

对含顶夸克的夸克胶子

等离子体的时间结构的探究

夸克胶子等离子体是从高能核碰撞过程中产生的，它的寿命只有几个 fm/c，它一旦产生后马上就会经历一个快速膨胀以及冷却的过程。尽管一些间接的探测，如喷射淬火和夸克偶素抑制等，揭示了夸克胶子等离子体随时间演化的部分信息，而流体力学模型对夸克胶子等离子体随时间演化的性质也给出了很好的描述，该体系随时间演化的直接测量依旧是一个难题。Apolinário等人指出对 W 玻色子的强衰变过程，尤其是衰变成顶夸克和反顶夸克对的过程，进行研究，可以为理解夸克胶子等离子体的时间结构提供新的信息。这是由于高能核碰撞的瞬间与W 玻色子的衰变产物开始和介质发生相互作用的时刻存在时间上的延迟。此外，时间延迟的长度可以通过选择重建特定的顶夸克的动量来约束。作者通过蒙特卡罗可行性分析发现欧洲核子中心的大强子对撞机（LHC）有望给出第一个有限的夸克胶子等离子体时间结构信息。LHC重离子亮度的大幅增强或者未来更高能量的加速器都将为更多的扩展研究提供难得的机会。（肖杨）

Probing the Time Structure of the Quark-Gluon Plasma with Top Quarks

Liliana Apolinário, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232301 (2018)

58-63Cr质量的精确测量：

朝着N=40反转岛的原子核集体性

ISOLDE装置首次产生并测量了丰中子同位素58-63Cr的质量。相比原有数据，新的数据精确了300倍并且暗示了显著不同的原子核结构。在这个质子和中子的中间壳区域，形变逐渐开始出现，这是N=40附近第二个反转岛的通道。除了与密度泛函理论和大规模壳模型计算进行比较，他们还展示了基于介质相似重整化群价空间表示的从头计算方法的预言，这是开壳铬同位素的首次该类结果。(王亚坤)

Precision Mass Measurements of 58-63Cr: Nuclear Collectivity Towards the N=40 Island of Inversion

M. Mougeot et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232501 (2018)

利用CUPID-0得到的82Se

零中微子双beta衰变的首次结果

[编辑推荐语]CUPID-0实验将82Se无中微子双beta衰变的半衰期极限提高了近一个量级。

Azzolini等人报道了利用CUPIND-0得到的82Se零中微子双beta衰变的研究结果，CUPIND-0是第一个大的闪烁Zn82Se低温热量计阵列，用于粒子鉴别。在1.83 kg yr暴露的情况下他们没有观测到信号，但得到了82Se零中微子双beta衰变最严格的下限，半衰期T0n1/2>2.4´1024yr（90%的置信区间）。这对应Majorana中微子质量<(376-770)meV，该质量的获得依赖于原子核矩阵元。热光读出器提供了一个抑制a粒子的有力工具并且允许他们将感兴趣区域的本底压低到(3.6+1.9-1.4)´10-3个/(kev kg yr)，此本底是这项技术所到达的最好水平。(王亚坤)

First Result on the Neutrinoless Double-beta Decay of 82Se with CUPID-0

O. Azzolini et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232502 (2018)

通过激光光谱学探测

锘同位素核的尺寸和形状

直到最近，最重原子核的基态原子核多极矩也只能从原子核光谱中推断得到，而这依赖模型假设。现在，激光光谱学结合现代原子结构计算可以直接探测这些矩，这是一个全面且模型无关的方法。本文中，Raeder等人报道了独特的获取252,253,254No微分均方根电荷半径的方法，因此也获取了得到原子核尺寸和形状改变的方法。先进的密度泛函计算很好地描述了重锕系元素的原子核电荷半径的改变，结果表明在252,254No同位素形变的质子密度分布中存在一个很明显的中心凹陷。最后，他们估计了253No的超精细劈裂，给出了关于其（四极）形变的一个补充测量，也通过原子核自旋和磁矩深刻理解了中子单粒子波函数。(王亚坤)

Probing Sizes and Shapes of Nobelium Isotopes by Laser Spectroscopy

S. Raeder et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232503 (2018)

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

强场双电离过程中

电子相干和阿秒电离延迟的选择性

本文主要介绍了对氙中由强场双电离引起的相干电子动力学进行实时探测的一系列实验。阿秒瞬态吸收测量可以对电子相干性以及在Xe+和Xe2+的多个电子态下的相对电离时间进行表征。作者在Xe2+的3P02-3P00之间观察到了高度的相干性，g = 0.4，而对于其他可能的电子态对，其相干性则由于低于实验的检测极限而未能检测到。将实验结果与基于不相关电子发射模型的数值模拟进行对比表明了，强场双电离产生的相干性比预测的更具选择性。同时文中实验也也分别针对Xe2+的3P2,3P0和3P1状态进行测量，得到了相对于Xe+的形成而超短的电离时间延迟，分别是0.85fs，0.64 fs和0.75 fs。相干形成的不可预测的选择性和特定电子态的亚飞秒级时间延迟都为强场双电离中的相关电子动力学提供了新的认知。

Selectivity of Electronic Coherence and Attosecond Ionization Delays in Strong-Field Double Ionization

Yuki Kobayashi, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233201 (2018)

强场离子化非对称三原子模型分子

光电子谱中分子的电子结构特征

本文主要研究强场电离的三原子模型系统的光电子角分布中的圆二色光谱。继作者最近关于这种效应的其他工作之后，本文展示了如何将该系统的对称性和电子结构印记到光电子动量分布中去，并利用经典轨迹来揭示光电子动量分布中三重模式的起源，最后说明了三原子体系的非对称核结构是如何影响光电子谱的。

Imprints of the Molecular Electronic Structure in the Photoelectron Spectra of Strong-Field Ionized Asymmetric Triatomic Model Molecules

Matthias Paul, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233202(2018)

基于频梳的双量子二维谱鉴定

偶极偶极相互作用引起的

原子蒸气中的集体超精细共振

基于频梳的多维相干光谱学是一种新颖的光学方法，可以在很短的采集时间内实现高分辨率测量；该方法的分辨率使得多维相干光谱学可以用来研究具有窄共振的原子系统。本文使用双量子多维相干光谱来揭示100℃铷蒸气中由偶极偶极相互作用引起的集体超精细共振。另外，本文还观察到了双量子二维光谱中的倾斜和拉长的线形，这在多普勒展宽系统中从未被报道过。拉长的线形表明信号主要来自具有接近零相对速度的相互作用原子。

Frequency-Comb Based Double-Quantum Two-Dimensional Spectrum Identifies Collective Hyperfine Resonances in Atomic Vapor Induced by Dipole-DipoleInteractions

Bachana Lomsadze and Steven T. Cundiff

Phys. Rev. Lett. 120, 233401 (2018)

单声子介导的光子量子相关性的

双色泵浦探测测量

[编辑推荐语]作者利用一种新的时间分辨拉曼光谱方法，研究了拉曼活性声子模式的量子特性，并测量了高度非经典的单声子Fock态的产生和湮没。

本文提出并展示了一种多功能技术，即双色泵浦探测拉曼散射和光谱分辨的时间相关光子计数，并利用该方法测量了单声子Fock态的寿命。在脉冲激光激发之后，n = 1的声子Fock态是通过单个Stokes光子的投影测量来概率性的制备的。由第二个时间延迟激光脉冲产生的反Stokes光子则用来检测在亚皮秒时间分辨率的声子布居。作者观察到了强的非经典Stokes-反Strokes相关性，其衰变映射了单声子动力学。本文的实验方案可以被应用于任何拉曼活性振动模式。通过制备和检测双模纠缠振动态，就可以对该实验方法进行修改以测量n≥1个Fock态的寿命或声子量子相干性。

Two-Color Pump-Probe Measurement of Photonic Quantum Correlations Mediated by a Single Phonon

Mitchell D. Anderson et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233601 (2018)

使用非干涉法来测量几何相位

本文提出了一种用于探测结构化高斯光束的几何相位的简单非干涉测量方法。如果在初始平面覆盖了一部分光束，则可以从模式变换后的强度分布来确定Gouy和Pancharatnam-Berry相位。此外，由这些变换后得到的强度分布的质心所描述的轨迹类似于光线光学的轨迹，这样就揭示了与几何相位变化相关的Ehrenfest定理的光学类似物。

Measuring Geometric Phase without Interferometry

T. Malhotra, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233602 (2018)

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

渐变折射率多模波导中光输运过程

对弯曲变形的鲁棒性

通过多模光波导的光在波导弯曲变形时会发生变化，Flaes等人表明具有完美抛物线折射率分布的光波导几乎不受弯曲的影响，保留了传播不变模的结构。此外，还表明，由于弯曲导致的抛物线指数光纤传输矩阵的变化可以仅用两个自由参数表示，而不管特定变形有多复杂。Flaes等人详细分析了市售渐变折射率光纤以及具有非常可靠抛物线折射率分布的梯度折射率棒状透镜的实验测量透射矩阵。尽管具有足够精确折射率分布的抛物线指数光纤并不在通常可以获取的范围内，分析表明，在相同条件下，使用标准市售渐变折射率光纤的成像性能受弯曲变形的影响要小于阶跃折射率类型。因此，本工作预测，超精密抛物线指数光纤的应用将使具有伸缩探头内窥镜具有可行性，并且不存在很复杂的计算挑战。(王诗旖)

Robustness of Light-Transport Processes to Bending Deformations in Graded-Index Multimode Waveguides

Dirk E. Boonzajer Flaes, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233901 (2018)

量子棘轮中的多体量子混沌与纠缠

Valdez等人揭示了一个在环形阱中基于玻色-爱因斯坦凝聚体的量子棘轮多体动力学中量子混沌的特征。提出了包括纠缠，凝聚体耗尽和在多体希尔伯特空间固定基上的散布等量度识别量子混沌多体动力学发生区域的方法，其中随机矩阵理论作用有限或不能适用。通过这些工具，发现许多量子混沌在希尔伯特空间中既没有高度纠缠也没有离域，这与量子混沌的传统预期特征相反。(王诗旖)

Many-Body Quantum Chaos and Entanglement in a Quantum Ratchet

Marc Andrew Valdez, et al.

phys. Rev. Lett. 120, 234101 (2018)

高密度比的三元自由能

熵格点玻尔兹曼模型

利用熵格点玻尔兹曼技术，Wöhrwag等人提出并实现了一种气体和两种液体组分构成的流体流动的热力学上自洽的自由能模型。该模型允许液相和气相之间的密度比高达O(103)的数量级，以及大范围的表面张力比率，涵盖形成诺伊曼三角形的部分润湿状态，和流体组分之一被完全包封的完全润湿状态。可以进一步证明，此方法可以捕获悬浮在空气中不混溶小滴之间的二元碰撞产生的弹跳，粘合和插入。这一方法开辟了一系列涉及一种气体和多种液体组分的多相流的广阔应用前景。(王诗旖)

Ternary Free-Energy Entropic Lattice Boltzmann Model with a High Density Ratio

M. Wöhrwag, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 234501 (2018)

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

自由空间中原子混合物的

自束缚量子液滴

自束缚量子液滴是在超冷原子的背景下发现的一种新的相。Semeghini等人遵循了彼得罗夫最初的建议[Phys. Rev. Lett.115, 155302 (2015)]，使用了一种有吸引力的玻色混合物，在本文中报告了自束缚量子液滴的实验实现。在这个系统中，吸引力和排斥力的竞争平衡导致了球状液滴的形成，吸引力和排斥力分别来自于接近坍缩阈值的平均场能量和量子涨落的一阶修正。由于光学悬浮势的残留限制可忽略，Semeghini等人观察到自由空间中的自束缚液滴，并描述了它们形成的条件以及大小和组成。此项工作中从测量量子液滴特殊的激发光谱到对其超流体性质的探索，奠定了为未来研究关于量子液滴的基础。（刘瑞）

Self-Bound Quantum Droplets of Atomic Mixtures in Free Space

G. Semeghini, G. Ferioli et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 235301 (2018).

相互作用玻色子中的

杨氏单极子和演生三维拓扑缺陷

在多个物理领域中杨氏单极子被公认为属于零维的拓扑缺陷。而对于杨氏单极子相互作用的理解目前仍然不失为一个非常有趣的研究方向。作者的研究表明许多大量相互作用玻色子集体运动导致了奇异的拓扑缺陷，这和由单粒子看到的杨氏单极子完全不同。然而相互作用可能在参数空间中分配杨氏单极子或者把它们粘在一个巨大的多重电荷态上。三维拓扑缺陷也可能来自连续的多元退化多体本征态。它们的低维投影将导致打结的节点线和节点环。作者的结果暗示着超冷玻色子原子可能被用以创造演生拓扑缺陷并能够直接测量在固体中不容易获得的拓扑不变量。(曹锦)

Yang Monopoles and Emergent Three-Dimensional Topological Defects

in Interacting Bosons

Yangqian Yan and Qi Zhou

Phys. Rev. Lett. 120, 235302 (2018)

(2+1)维O(3)量子临界点的

工程表面临界行为

在系统体态发生相变时，系统表面物理量也会表现出奇异性，这称为表面临界现象。表面临界现象与体态临界性质密切相关，甚至更加丰富。本文作者通过调控(2+1)维O(3)相变的二聚态海森堡模型的表面位形，实现了三种不同的表面临界现象普适类。当表面在无序相中有能隙时，在相变点处发生正常转变；而无能隙表面态则对应特殊转变的普适类——这一表面临界现象普适类仅出现在这类量子模型中，在三维经典O(3)模型的相变中不可能发生。在交错海森堡模型中，由于表面具有亚铁磁长程序，在相变点中表现出非常规转变普适类。数值计算发现这一模型的表面临界指数与此前的标度理论预言不符，表明现有的非常规转变理论需要修正。（原作者提供）

Engineering Surface Critical Behavior of (2+1)-Dimensional O(3) Quantum Critical Points

Chengxiang Ding, Long Zhang and Wenan Guo

Phys. Rev. Lett. 120, 235701(2018)

利用非弹性X射线散射光谱

研究外延ScN薄膜中的声子寿命

声子-声子散射在非金属材料的热性能方面占主导地位，并且在实际应用中直接影响器件性能。目前，大家一直在用计算方法来理解声子-声子散射机制，而且对具有动量依赖性的声子模式的直接、系统地观测也是令人期待的。作者通过非弹性X射线散射的测量方法报道了在外延生长的ScN薄膜上的声子色散曲线和寿命的实验数据。他们根据声子谱宽度来估测具有动量依赖性的光学支声子的寿命，并且发现区域中心附近的最高能量声子模具有0.21ps的短寿命。通过与第一性原理计算比较，他们的数据表明可以通过三体声子-声子相互作用来定量地解释观测到的声子寿命。（毛慧灿）

Phonon Lifetime Observation in Epitaxial ScN Filmwith Inelastic X-Ray Scattering Spectroscopy

H. Uchiyama, Y. Oshima et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 235901 (2018).

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

4-ε维中的失相灾变：各态历经

(多体非局域)相一种可能的不稳定性

在二维中，由浴库(bath)造成的失相阻断了Anderson局域化，否则其会发生在存在无序的费米子的任意能量密度处。对于一个短程相互作用的孤立系统，该系统可以是自己的浴库，表现出扩散（非马尔可夫）的热密度涨落。Liao等人将弱局域化的失相归因于扩散浴库作为自相互作用的多聚物环路。他们研究了d=4-ε维度下环路的临界行为，并找出一个非平庸的不动点，对应于失相时间发散的温度T*~ε>0。假设这个不动点存活至ε=2，他们将它与各态历经相的一种可能的不稳定性关联起来。他们的方法可能为处理d> 1空间维度中各态历经到多体局域的相变问题打开一条新的道路。(方子明)

Dephasing Catastrophe in 4−ε Dimensions: A Possible Instability of the Ergodic (Many-Body-Delocalized) Phase

Yunxiang Liao and Matthew S. Foster

Phys. Rev. Lett. 120, 236601 (2018)

远距离量子点之间通过腔介导的相干耦合

量子信息技术中可扩展的架构要求我们可以在有选择性的将长距离的量子比特耦合的同时抑制环境噪音和串扰。在半导体材料中，量子点中单个自旋和包含费米模式的腔的相干耦合能够为这个技术挑战提供新的解决方案。本文中Nicolí等人采用了一种基于二维电子气中回音壁模式的电学腔设计成功实现了两个空间分离量子点之间的相干耦合。这种由腔介导的长距离耦合有效地降低了我们不希望看到的量子点之间直接串扰，并定义了一种完全以电子半导体为基础的可扩展量子信息处理架构。（李松）

Cavity-Mediated Coherent Coupling between Distant Quantum Dots

Giorgio Nicolí et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 236801（2018）

石墨烯上的液膜生长与润湿不稳定性理论

Sengupta 等通过Dzyaloshinskii-Lifshitz-Pitaevskii理论研究了靠近石墨烯的氢气、氦气和氮气三种不同几何构型轻气体的润湿现象，其中石墨烯贴附、掩盖或悬空在绝缘体衬底上。他们发现石墨烯的存在对所有构型都有显著的影响。当放置在基底上时，石墨烯的极化性可以将表面附近总范德瓦尔斯力的强度增加2倍，从而增强了润湿的倾向。对于二维材料特有的悬空几何构型，石墨烯可以只润湿一侧，液膜在临界厚度时生长停滞，这可能触发表面不稳定性和图案形成，类似于旋节线去湿。这种具有厚度可调的介观临界薄膜的存在为研究连续润湿转变以及定制的液体涂层工程提供了平台。这些现象对于一些机械形变仍然稳定，并且普遍存在于掺杂石墨烯和其他的例如单层二硫族化合物的二维材料中。(方子明)

Theory of Liquid Film Growth and Wetting Instabilities on Graphene

Sanghita Sengupta et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 236802 (2018)

FeSe/SrTiO3光电发射中复制能带起源的

电声耦合和光电子能量损失

最近通过角分辨光电子能谱（ARPES）在单层FeSe/SrTiO3中观测到复制带引起了关于FeSe电子与衬底声子耦合对超导转变温度潜在影响的激烈讨论。在这里Li等提出有力的证据表明，单层FeSe/SrTiO3系统和其他几种情况下观测到的复制能带主要归因于逃逸光电子的能量损失过程，来源于离子材料中普遍熟知的外部传播电子与Fuchs-Kliewer表面声子的强耦合。单层FeSe/SrTiO3上ARPES观测到的光电子能量损失通过使用已经被证明成功描述离子绝缘体里低能电子能量损失谱的半经典介电理论计算出来。他们的结果显示观测到的复制能带主要是外部光电子能量损失的结果，而非铁d电子与衬底声子的电声相互作用。这些单层里超导转变温度的强烈增强仍然是一个悬而未决的问题。(方子明)

Electron Phonon Coupling versus Photoelectron Energy Loss at the Origin of Replica Bands in Photoemission of FeSe on SrTiO3

Fengmiao Li and G. Sawatzky

Phys. Rev. Lett. 120, 237001 (2018)

Nb掺杂SrTiO3中

单能隙超导性和超流密度的穹顶

干净的SrTiO3处于绝缘态，如果通过掺杂引入电荷载流子以后，SrTiO3将转变到有着费米液体行为的金属态，从而展现出许多新奇的性质，比如超导性。然而，超导性随着载流子浓度的变化关系却不十分明确。本文中，Thiemann等人使用频率范围2至23 GHz的微波带状谐振器在低至0.02 K的温度下探测电荷载流子浓度在0.3—2.2×1020cm-3范围内SrTiO3的低能量光学响应。结果显示，尽管存在几个超导能带，但由于费米面上的间隙均匀化和Nb掺杂导致的低缺陷散射的一致性，使得SrTiO3中存在单能隙的电动力学行为。同时，临界温度、单个能隙以及超流密度随电荷载流子浓度的变化都展现出穹顶型的特征。（刘钱）

Single-Gap Superconductivity and Dome of Superfluid Density in Nb-Doped SrTiO3

Markus Thiemann et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237002 (2018)

时域太赫兹光谱测量Mn2Au中

奈尔自旋轨道耦合力矩驱动的反铁磁共振

[编辑推荐语]太赫兹（THz）频率下，反铁磁金属Mn2Au中的共振激发强度比反铁磁绝缘体大三个数量级。

本文中，作者在反铁磁金属Mn2Au中观测到由奈尔自旋轨道耦合力矩效应(Néel spin-orbit torques,NSOT）驱动的太赫兹频率范围内的集体模式的激发。依赖于温度的太赫兹光谱显示：以1 THz为中心的强吸收模式，在从4K加热到450K时会软化并失去强度。通过与估计的本征模频率比较，揭示了观察到的模式是面内反铁磁共振（AFMR）模式。结果显示该AFMR吸收强度比由THz的磁场驱动的反铁磁绝缘体吸收强度大了3个数量级。作者基于这一点与理论模型比较，推测此模式的驱动机制是电流诱导的NSOT导致，太赫兹脉冲的电场分量驱动金属中的交变电流，随后驱动AFMR。这种在高频条件下的驱动机制对奈尔序参数的电操纵手段使Mn2Au成为反铁磁超快存储器应用的主要候选者。（刘钱）

Néel Spin-Orbit Torque Driven Antiferromagnetic Resonance in Mn2Au Probed by Time-Domain THz Spectroscopy

N. Bhattacharjee et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237201 (2018)

受压下Kitaev碘酸盐

β-Li2IrO3中磁有序的破坏

Kitaev模型因其为量子自旋液体提供了一个解析解且包含了与拓扑量子计算相关的分数激发效应而在量子自旋领域有着重要的地位。本文中Majumder等人使用磁化强度、热膨胀、磁致伸缩、μ子自旋转动测、压力下单晶x光衍射以及第一性原理计算研究了Kitaev超蜂巢碘酸盐β-Li2IrO3的温度-压力相图。随着压强增大，β-Li2IrO3的奈尔温度以0.9K/GPa的速度增长，但极化场Hc却减小了，这说明非公度序的不稳定性增强了。在1.4GPa下，有序态发生一级相变而被破坏，转变成动力学强关联自旋和冻结自旋共存的新基态。这种没有任何明显结构缺陷情况下的部分冻结说明由压力诱导出来的自旋液体行为很可能是经典自旋液体。（李松）

Breakdown of Magnetic Order in the Pressurized Kitaev Iridate β-Li2IrO3

M. Majumder et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237202 (2018)

受内禀磁振子驱动的斯格明子

Psaroudaki 和Loss研究了磁场梯度随时间振荡的情况下磁性绝缘纳米线中斯格明子的动力学。这些交变场通过他们自己内禀的磁性激发以净驱动力的形式作用于斯格明子上。作者使用微观量子场论方法并考虑了不可避免且会造成斯格明子时间依赖耗散的磁振子与外场的耦合，发现磁性交变场会对斯格明子耗散核函数诱导出超欧姆到欧姆机制的过渡行为。除了周期性有界运动以外，这种在共振时对磁振子库的交变驱动也会引起斯格明子的单向螺旋传播。（李松）

Skyrmions Driven by Intrinsic Magnons

Christina Psaroudaki and Daniel Loss

Phys. Rev. Lett. 120, 237203（2018）

5d4双钙钛矿Ba2YIrO6中的磁性起源

一般来说，由于Ir5+(5d4）离子的自旋和轨道角动量的强耦合作用，预期这种材料是非磁性的。然而,有争议的实验结果显示在低温时，该材料可以显示出具有静态有序的强反铁磁序或弱顺磁序特征，这引起了对5d4结构的强自旋轨道基态和新奇磁性态的讨论。本文中，Fuchs等人借助电子自旋共振（electron spin resonance, ESR）光谱实验揭示双钙钛矿Ba2YIrO6中的磁性起源。作者通过分析频率和温度相关的ESR数据指出，该材料的磁性仅仅是由于几个百分点的Ir4+和Ir6+磁缺陷产生，同时普通的Ir5+位点仍然是非磁性态。值得注意的是，在温度低于20 K的电子自旋共振光谱中，Ir6+种类缺陷原子表现出磁相关性，这符合最近的理论中提出的5d双钙钛矿超交换的长程相互作用特征，即若浓度超过某个阈值，它甚至可能与Ba2YIrO6中缺陷Ir基自旋中心的磁序相关。（刘钱）

Unraveling the Nature of Magnetism of the 5d4 Double Perovskite Ba2YIrO6

S. Fuchs et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237204 (2018).

高亚波长、超方向性圆柱形纳米天线

Arslanagić等用多层圆柱形超材料启发结构演示了超方向性圆柱形纳米天线。针对偶极和更高阶模式的特定散射系数，给出了针式辐射的理想极限。通过对一个五层体系的优化示范了对理论方向性界限的逼近。尽管最终的结构可扩展到任意频率区域，其高亚波长整体尺寸(λ0/10)利用了光学区域中正负介电常数材料的组合。(方子明)

Highly Subwavelength, Superdirective Cylindrical Nanoantenna

S. Arslanagić and R. Ziolkowski

Phys. Rev. Lett. 120, 237401 (2018)

光子带隙晶体中态密度的有限尺度标度

无论是光子还是电子，在带隙中的态密度将会消失，这属于无限晶体的极限特征。然而，所有的实验和器件应用都涉及有限晶体，这就引出了一个问题：当增加晶体的线性尺寸L时，体系态密度接近无限的晶体极限有多快？本文中，作者提出了有限晶体的尺寸标度理论，其中包括由晶体边界引起的被展宽布洛赫模式。作者在三维光子带隙晶格中发现由于模式的非零展宽导致了态密度在带隙内未消失，使用布洛赫模式、洛伦兹和外壳模型计算尺寸标度特征，结果表明，带隙内态密度在一维、二维和三维晶体中都具有1/L尺寸标度依赖性。（刘钱）

Finite-size Scaling of the Density of States in Photonic Band Gap Crystals

S. B. Hasan et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237402 (2018)

应变黑磷中光诱导的非平衡拓扑态

黑磷作为一种基础半导体因为在平衡条件下具备了大量有趣的电学和光电特性而备受关注。块体黑磷在激光周期场下的非平衡电子结构至今未被研究，它可能会导致有趣的拓扑光电性质。本文中Liu等人发现在圆偏振光的照射下，黑磷表现出Floquet-Dirac半金属态，这种半金属态可以通过改变入射激光的方向、强度和频率等连续调节。在I型到II型 Floquet-Dirac费米子的拓扑相变边界会出现一种新型III相，这种新相在很广的频率和强度范围内都存在。此外，在被圆偏振螺旋形锁定的方向上，拓扑表面态表现出非平衡电子输运。这些发现不仅加深了我们对黑磷基本特性与拓扑之间关系的理解，也把黑磷光电器件的应用推广到非平衡情形。（李松）

Photoinduced Nonequilibrium Topological States in Strained Black Phosphorus

Hang Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237403 (2018)

软物质与生物物理

责编：严钢

液滴界面双分子层的动态形态和稳定性

液滴界面双分子层（DIBs）是通过将两个或更多脂质单壳包裹的水滴在油中混合而成的。与其它脂质双层平台相比，DIBs具有很多优势。但是，DIBs的稳定性仍然是一个大的问题。本文建立了一个理解DIBs的动态形态和稳定性的理论框架，考虑了单层和双层结构中的脂质动力学，以及渗透和拉普拉斯压力不平衡导致的液滴蒸发。本文的理论定量地描述了当DIBs变得不稳定时，在实验中观察到的不同路径。作者发现，当脂质解吸比液滴蒸发更慢时，脂质双层会生长且液滴接近半球形；然而，当脂质解吸速度很快时，双层区域会收缩，液滴最终会分离。此外，文中的模型给出了一个临界尺度，当DIBs小于这个尺度时将变得不稳定，从侧面解释了微型化DIBs的实验难度。（张昕亚）

Dynamic Morphologies and Stability of Droplet Interface Bilayers

Benjamin Guiselin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238001(2018)

冷活性运动:淬火无序

如何影响自推进粒子的运动

[编辑推荐语]在“冷活性物质”中，即没有外界波动时，淬火无序可导致非平凡的在“热活性物质”中未发现的动态相。

相邻的规则排列和噪声导致的消相干之间的竞争使自推进粒子能够表现出集体行为，然而淬火无序性对这种活性运动的影响仍不清楚。Peruani等人考虑了三种与活性物质相关的淬火无序（随机扭矩、力和应力），发现即使在没有外界波动（即“冷活性物质”）的情况下，淬火无序会导致非平凡的在“热活性物质”中不存在的动态相。特别地，通过分析运动方程呈现哈密顿结构和出现吸引子的时间，作者确定了粒子捕获发生的条件。本文的结果为理解在自然或合成的无序基质上的自推进粒子活性系统提供了新的思路。（张昕亚）

Cold Active Motion: How Time-Independent Disorder Affects the Motion of Self-Propelled Agents

Fernando Peruani, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238101(2018)

改变选择压力的空间分布

能够调控耐药性的进化

空间异质性在耐药性的进化过程中起着重要的作用。最近的研究表明选择压力的空间梯度可以加速耐药性的进化，然而我们对更复杂的空间结构上的耐药性进化却知之甚少。De Jong等人采用一种简单的随机模型研究了选择压力的不同空间分布对耐药等位基因的固定时间的影响。作者利用平均首通时间的计算发现，当空间迁移速率相对于突变而言足够大（较小）时，空间异质性能够加快（减慢）耐药性的进化。有趣的是，当迁移速率和突变速率相当时，即使空间平均选择压力保持不变，改变选择压力的空间分布仍可以增大或减小耐药性的固定速率。此外，通过对选择压力的空间分布进行优化，可以显著地减缓耐药亚种群的传播和固定。（张昕亚）

Tuning Spatial Profiles of Selection Pressure to Modulate the Evolution of Drug Resistance

Maxwell G. De Jong, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238102(2018)