論文の概要: Universal Random Matrix Behavior of a Fermionic Quantum Gas

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.25735v1
• Date: Wed, 29 Oct 2025 17:40:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-30 15:50:45.89101
• Title: Universal Random Matrix Behavior of a Fermionic Quantum Gas
• Title（参考訳）: フェルミオン量子ガスの普遍的ランダム行列挙動
• Authors: Maxime Dixmerias, Giuseppe Del Vecchio Del Vecchio, Cyprien Daix, Joris Verstraten, Tim de Jongh, Bruno Peaudecerf, Pierre Le Doussal, Grégory Schehr, Tarik Yefsah,
• Abstract要約: 2つの相互作用するスピン状態からなる単一原子レベルの超低温原子フェルミガスを探索する。 この結果はランダム行列理論のレンズによるフェルミ球点過程の初めての実験的検証である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The pursuit of universal governing principles is a foundational endeavor in physics, driving breakthroughs from thermodynamics to general relativity and quantum mechanics. In 1951, Wigner introduced the concept of a statistical description of energy levels of heavy atoms, which led to the rise of Random Matrix Theory (RMT) in physics. The theory successfully captured spectral properties across a wide range of atomic systems, circumventing the complexities of quantum many-body interactions. Rooted in the fundamental principles of stochasticity and symmetry, RMT has since found applications and revealed universal laws in diverse physical contexts, from quantum field theory to disordered systems and wireless communications. A particularly compelling application arises in describing the mathematical structure of the many-body wavefunction of non-interacting Fermi gases, which underpins a complex spatial organization driven by Pauli's exclusion principle. However, experimental validation of the counting statistics predicted in such systems has remained elusive. Here, we probe at the single-atom level ultracold atomic Fermi gases made of two interacting spin states, obtaining direct access to their counting statistics in situ. Our measurements show that, while the system is strongly attractive, each spin-component is extremely well described by RMT predictions based on Fredholm determinants. Our results constitutes the first experimental validation of the Fermi-sphere point process through the lens of RMT, and establishes its relevance for strongly-interacting systems.
• Abstract（参考訳）: 普遍的な統治原理の追求は物理学の基礎的な取り組みであり、熱力学から一般相対性理論や量子力学へのブレークスルーを導いている。 1951年、ウィグナーは重い原子のエネルギー準位を統計的に記述するという概念を導入し、物理学におけるランダム行列理論(RMT)の台頭につながった。 この理論は幅広い原子系のスペクトル特性を捉え、量子多体相互作用の複雑さを回避した。 確率性と対称性の基本的な原理に根ざしたRTTは、量子場理論から乱れたシステムや無線通信に至るまで、様々な物理的文脈における普遍的な法則を発見・明らかにした。 特に魅力的な応用は、相互作用しないフェルミ気体の多体波動関数の数学的構造を記述することである。 しかし、これらのシステムで予測されるカウント統計の実験的検証は、いまだに解明されていない。 ここでは、2つの相互作用するスピン状態からなる単一原子レベルの超低温原子フェルミガスを探索し、それらの測定統計に直接アクセスする。 その結果, スピン成分はFredholm行列式に基づくRTT予測により非常によく説明できることがわかった。 この結果は, RMTレンズによるフェルミ球点過程の実験的検証として初めて行われ, 強相互作用系に対するその妥当性が確立された。

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