論文の概要: Constrained many-body phases in a $\mathbb{Z}_2$-Higgs lattice gauge theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03828v1
• Date: Wed, 05 Mar 2025 19:00:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-07 15:57:27.263140
• Title: Constrained many-body phases in a $\mathbb{Z}_2$-Higgs lattice gauge theory
• Title（参考訳）: $\mathbb{Z}_2$-Higgs格子ゲージ理論における制約多体相
• Authors: Alexander Schuckert, Stefan Kühn, Kevin C. Smith, Eleanor Crane, Steven M. Girvin,
• Abstract要約: 単位充填時のソフトコアボソニック物質に結合した1次元のmathbbZ$格子ゲージ理論について検討する。 解析的摂動的アプローチの組み合わせにより、ゲージ場を媒介とする共振ペアホッピングによって駆動されるリッチ位相図が発見された。 多数のゆらぎを持つ束縛状態の存在は、ハイブリッドボソン量子ビット量子シミュレーションプラットフォームにおける実験的な実現を動機付けている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.58317527488534
• License:
• Abstract: We study the ground-state phase diagram of a one-dimensional $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory coupled to soft-core bosonic matter at unit filling, inspired by the Higgs sector of the standard model. Through a combination of analytical perturbative approaches, exact diagonalization, and density-matrix-renormalization-group simulations, we uncover a rich phase diagram driven by gauge-field-mediated resonant pair hopping and the confinement of single particles. The pair hopping results in a bunching state with superextensive energy and macroscopic particle number fluctuations at strong electric field strengths and weak on-site interactions. The bunching state crosses over into a pair superfluid phase as the on-site interaction increases, characterized by a finite superfluid density and powerlaw-decaying pair correlations. At large on-site interaction strengths and driven by effective interactions induced by the gauge constraint, the superfluid transitions into an incompressible pair Mott insulator phase. At weak field strengths and on-site interactions, we find a plasma-like region, where single bosons exhibit large short-range correlations and the ground state is composed almost equally of states with even and odd local boson occupation. The presence of a bunching state with large number fluctuations, which is difficult to study using classical numerics, motivates experimental realizations in hybrid boson-qubit quantum simulation platforms such as circuit QED, neutral atoms, and trapped ions. Our findings highlight the rich interplay between gauge fields and soft-core bosonic matter.
• Abstract（参考訳）: 一次元の$\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論の基底状態位相図を単位充填時のソフトコアボソニック物質に結合し、標準モデルのヒッグスセクターに着想を得た。 解析的摂動法, 正確な対角化, 密度行列-正規化群シミュレーションの組み合わせにより, ゲージ場を媒介とする共振子対ホッピングと単一粒子の閉じ込めによって駆動されるリッチ位相図が発見された。 このペアホッピングは、強い電界強度と弱いオンサイト相互作用で超高密度エネルギーとマクロ粒子数ゆらぎを伴う束縛状態をもたらす。 束縛状態は、オンサイト相互作用が増加するにつれて対の超流動相に渡り、有限の超流動密度とパワーロー-脱離対の相関によって特徴づけられる。 ゲージ制約によって誘導される効果的な相互作用によって駆動される大きなオンサイト相互作用強度では、超流動は非圧縮性対のモット絶縁体相へと遷移する。 弱磁場強度とオンサイト相互作用では, 単一ボソンが大きな短距離相関を示し, 基底状態はほぼ等しく, 偶発的, 奇異な局所ボソン占有状態であるプラズマ様領域が見つかる。 古典的な数値を用いた研究が困難である多数の変動を伴う束縛状態の存在は、回路QEDや中性原子、閉じ込められたイオンなどのハイブリッドボソン量子ビット量子シミュレーションプラットフォームにおいて実験的な実現を動機付けている。 その結果,ゲージ場とソフトコアボソニック物質との豊富な相互作用が明らかになった。

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