論文の概要: Emergent spin order and steady-state superradiance in one-dimensional baths

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10638v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 02:00:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-14 22:53:22.969779
• Title: Emergent spin order and steady-state superradiance in one-dimensional baths
• Title（参考訳）: 一次元浴における創発的スピン秩序と定常超放射能
• Authors: Silvia Cardenas-Lopez, Edgar Guardiola-Navarrete, Ana Asenjo-Garcia,
• Abstract要約: 駆動原子アンサンブルにおける自発的な集団崩壊は、平衡から遠く離れたコヒーレンスを生成することができる。 2つのモデルを用いて1次元電磁浴に結合した原子を解析する。
• 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: Spontaneous collective decay in driven atomic ensembles can generate coherence far from equilibrium, as illustrated by superradiant lasers where decay into a single-mode cavity synchronizes atomic phases into a macroscopic dipole and yields superradiant emission of light with an ultranarrow spectrum. Whether similar ordering persists in multimode reservoirs with propagation and competing collective decay channels remains an open question. We address this problem by analyzing atoms coupled to one-dimensional electromagnetic baths through two models. The first is a ring cavity supporting two bright collective decay channels, and the second is a bidirectional waveguide where, in addition to competition between channels, propagation induces coherent dipole-dipole interactions. For suitable incoherent pumping strengths, the dynamics enters a synchronization window in which collective decay overcomes disordering processes, leading to spontaneous steady-state phase ordering and superradiant emission. We extract the thresholds marking the onset of synchronization and show that the maximum intensity scales quadratically in both models. The resulting order is not described by a single macroscopic dipole: in the ring cavity spontaneous chirality emerges at the level of individual trajectories, while the waveguide develops a local chirality with different orders dominating opposite ends of the atomic array. The analysis of the emitted light spectrum reveals a linewidth that seems to narrow with increased system size in the ring cavity, while narrowing in the waveguide remains inconclusive within accessible numerics. These results clarify how competition and propagation shape emergent order in one-dimensional reservoirs and identify regimes where steady-state superradiance may arise beyond the Dicke limit.
• Abstract（参考訳）: 誘導原子アンサンブルの自発的な集団崩壊は、単一モードのキャビティに崩壊した原子相をマクロな双極子に同期させ、超狭いスペクトルで光の超放射光を放出する超放射光レーザーによって示されるように、平衡から遠く離れたコヒーレンスを生成することができる。 同様の秩序が、伝播と競合する集団崩壊チャネルを持つマルチモード貯水池で持続するかどうかは、未解決の問題である。 2つのモデルを用いて1次元電磁浴に結合した原子を解析することでこの問題に対処する。 第1は2つの明るい集団崩壊チャネルをサポートする環空洞であり、第2は双方向導波路であり、チャネル間の競合に加えて、伝播はコヒーレントな双極子-双極子相互作用を誘導する。 適切な非コヒーレントポンプ強度のために、動力学は集団崩壊が乱れの過程を克服する同期ウィンドウに入り、自発的な定常相秩序と超ラジカル放出をもたらす。 同期の開始を示す閾値を抽出し、両方のモデルで最大強度が2次的にスケールすることを示す。 環の空洞において自発的なキラリティは個々の軌道のレベルに出現し、導波路は原子配列の反対端を占める異なる順序で局所的なキラリティを発達させる。 放射光スペクトルの解析により、リングキャビティのシステムサイズが増大するにつれて狭い線幅が明らかとなり、一方導波路の狭い線幅は、アクセス可能な数値の中で決定的に決定できないままである。 これらの結果から, 一次元貯水池における競合および伝播形状の創発的秩序が, ディック限界を超える定常超放射能を生じうる体制を明らかにした。

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