論文の概要: Exploring confinement transitions in $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theories with dipolar atoms beyond one dimension

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.16200v1
• Date: Fri, 19 Sep 2025 17:58:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 18:18:11.271087
• Title: Exploring confinement transitions in $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theories with dipolar atoms beyond one dimension
• Title（参考訳）: 1次元を超える双極子原子を持つ$\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論における閉じ込め遷移の探索
• Authors: Matjaž Kebrič, Lin Su, Alexander Douglas, Michal Szurek, Ognjen Marković, Ulrich Schollwöck, Annabelle Bohrdt, Markus Greiner, Fabian Grusdt,
• Abstract要約: 粒子を束縛状態に閉じ込める現象は、高エネルギーから凝縮物質物理学にまたがる現象である。 最先端の量子シミュレータは、この問題に対処するための有望なプラットフォームを構成する。 物質場に結合した$mathbbZ$ LGTs鎖の閉じ込めについて検討し、混合次元(mixD) XXZモデルに写像できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.235129163152045
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Confinement of particles into bound states is a phenomenon spanning from high-energy to condensed matter physics, which can be studied in the framework of lattice gauge theories (LGTs). Achieving a comprehensive understanding of confinement continues to pose a major challenge, in particular at finite matter density and in the presence of strong quantum fluctuations. State-of-the-art quantum simulators constitute a promising platform to address this problem. Here we study confinement in coupled chains of $\mathbb{Z}_2$ LGTs coupled to matter fields, that can be mapped to a mixed-dimensional (mixD) XXZ model. We perform large-scale numerical matrix-product state calculations to obtain the phase diagram of this model, in which we uncover striped phases formed by the $\mathbb{Z}_2$ charges that can be melted at finite temperature or by increasing the tunneling rate. To explore this setting experimentally, we use our quantum simulator constituted by erbium atoms with dipolar interactions in a quantum gas microscope, and observe the predicted melting of a stripe phase by increasing the particle tunneling rate. Our explorative experimental studies of thermal deconfinement of $\mathbb{Z}_2$ charges motivate our further theoretical study of the mixD $\mathbb{Z}_2$ LGT, in which we predict a confined meson gas at finite temperature and low magnetization where thermal fluctuations destroy stripes but enable spontaneous commensurate spin order. Overall, we demonstrate that our platform can be used to study confinement in $\mathbb{Z}_2$ LGTs coupled to matter fields, including long-range interactions and beyond one dimension, paving the way for future research of confinement in the quantum many-body regime.
• Abstract（参考訳）: 境界状態への粒子の閉じ込めは高エネルギーから凝縮物質物理学にまたがる現象であり、格子ゲージ理論(LGT)の枠組みで研究することができる。 閉じ込めの包括的理解を得ることは、特に有限物質密度と強い量子ゆらぎの存在において、大きな課題となり続けている。 最先端の量子シミュレータは、この問題に対処するための有望なプラットフォームを構成する。 ここでは、物質場に結合した$\mathbb{Z}_2$ LGTsの結合鎖における閉じ込めについて調べ、混合次元(mixD) XXZモデルに写像することができる。 このモデルでは, 有限温度で融解できる$\mathbb{Z}_2$電荷あるいはトンネル速度を増大させることで, ストライプ相が形成される。 この設定を実験的に探索するために、我々は、量子ガス顕微鏡における双極子相互作用を持つエルビウム原子からなる量子シミュレータを使用し、粒子トンネル速度を増大させることにより、ストライプ相の予測融解を観察する。 我々の爆発的実験では、$\mathbb{Z}_2$チャージの熱分解に関する研究は、温度が有限で閉じ込められた中間子ガスを予測し、熱ゆらぎによってストリップが破壊されるが、自発的なスピン秩序が実現される、という、より理論的な研究を動機付けている。 全体として、我々のプラットフォームは、長距離相互作用を含む物質場に結合した$\mathbb{Z}_2$ LGTsの閉じ込めの研究に利用することができ、量子多体系における閉じ込めの研究の道を開くことができる。

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