論文の概要: Spontaneous symmetry breaking in open quantum systems: strong, weak, and strong-to-weak

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.19381v1
• Date: Thu, 27 Jun 2024 17:55:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-28 13:09:01.970360
• Title: Spontaneous symmetry breaking in open quantum systems: strong, weak, and strong-to-weak
• Title（参考訳）: 開量子系における自発対称性の破れ--強、弱、強弱
• Authors: Ding Gu, Zijian Wang, Zhong Wang,
• Abstract要約: 強対称性は常に対応する弱対称性に自発的に分裂することを示す。 我々は、この強弱対称性の破れ、ギャップレスモード、対称性電荷拡散の関係が連続対称性に対して一般的なものであると推測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.41737598556146
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Depending on the coupling to the environment, symmetries of open quantum systems manifest in two distinct forms, the strong and the weak. We study the spontaneous symmetry breaking among phases with different symmetries. Concrete Liouvillian models with strong and weak symmetry are constructed, and different scenarios of symmetry-breaking transitions are investigated from complementary approaches. It is demonstrated that strong symmetry always spontaneously breaks into the corresponding weak symmetry. For strong $U(1)$ symmetry, we show that strong-to-weak symmetry breaking leads to gapless Goldstone modes dictating diffusion of the symmetry charge in translational invariant systems. We conjecture that this relation among strong-to-weak symmetry breaking, gapless modes, and symmetry-charge diffusion is general for continuous symmetries. It can be interpreted as an "enhanced Lieb-Schultz-Mattis (LSM) theorem" for open quantum systems, according to which the gapless spectrum does not require non-integer filling. We also investigate the scenario where the strong symmetry breaks completely. In the symmetry-broken phase, we identify an effective Keldysh action with two Goldstone modes, describing fluctuations of the order parameter and diffusive hydrodynamics of the symmetry charge, respectively. For a particular model studied here, we uncover a transition from a symmetric phase with a "Bose surface" to a symmetry-broken phase with long-range order induced by tuning the filling. It is also shown that the long-range order of $U(1)$ symmetry breaking is possible in spatial dimension $d\geq 3$, in both weak and strong symmetry cases. Our work outline the typical scenarios of spontaneous symmetry breaking in open quantum systems, and highlights their physical consequences.
• Abstract（参考訳）: 環境との結合により、開量子系の対称性は2つの異なる形式、強度と弱度で表される。 異なる対称性を持つ位相間の自発的対称性の破れについて検討する。 強対称性および弱対称性を有するコンクリートリウビリアンモデルを構築し, 相補的アプローチから対称性破壊遷移の異なるシナリオを考察した。 強い対称性が常に自然に対応する弱対称性に分解されることが示されている。 強い$U(1)$対称性に対して、強弱対称性の破れは、翻訳不変系における対称性電荷の拡散を規定するギャップのないゴールドストーンモードをもたらすことを示す。 我々は、この強弱対称性の破れ、ギャップレスモード、対称性電荷拡散の関係が連続対称性に対して一般的なものであると推測する。 これは開量子系に対する「強化リーブ・シュルツ・マティス定理(LSM)」(enhanced Lieb-Schultz-Mattis:enhanced Lieb-Schultz-Mattis)と解釈できる。 また、強い対称性が完全に崩壊するシナリオについても検討する。 対称性を破る相では、2つのゴールドストーンモードを持つ有効ケルディシュ作用を同定し、それぞれ秩序パラメータの変動と対称性電荷の拡散流体力学を記述する。 ここで研究した特定のモデルに対して、充填の調整によって誘導される長距離秩序を持つ対称位相から対称性破壊相への遷移を明らかにする。 また、弱対称性と強対称性の両方の場合、空間次元$d\geq 3$では、$U(1)$対称性の破れの長距離順序が可能であることも示されている。 我々の研究は、オープン量子系における自発対称性の破れの典型的なシナリオを概説し、それらの物理的結果を強調する。

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