論文の概要: Real-time collisions of fractional charges in a trapped-ion Jackiw-Rebbi field theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.07748v1
• Date: Mon, 08 Dec 2025 17:34:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.985044
• Title: Real-time collisions of fractional charges in a trapped-ion Jackiw-Rebbi field theory
• Title（参考訳）: 閉じ込められたイオンジャッキー・レビ場理論における分数電荷のリアルタイム衝突
• Authors: Alan Kahan, Pablo Viñas, Torsten V. Zache, Alejandro Bermudez,
• Abstract要約: フルフェルミオン・ボソン系の結合力学に及ぼすバック・リアクションと量子揺らぎの影響について検討する。 この結果から, 後方反応と量子揺らぎが, 分数化フェルミオンの安定性とリアルタイムな進化をいかに変化させるかが明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.146761527401424
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose and analyze a trapped-ion quantum simulator of the Jackiw-Rebbi model, a paradigmatic quantum field theory in (1+1) dimensions where solitonic excitations of a scalar field can bind fermionic zero modes leading to fractionally charged excitations. In our approach, the scalar field is a coarse-grained description of the planar zigzag ion displacements in the vicinity of a structural phase transition. The internal electronic states of the ions encode spins with interactions mediated by the transverse phonons and in-plane spin-phonon couplings with a zigzag pattern, which together correspond to a Yukawa-coupled Dirac field. Instead of assuming a fixed soliton background, we study the effect of back-reaction and quantum fluctuations on the coupled dynamics of the full fermion-boson system. We start by applying a Born-Oppenheimer approximation to obtain an effective Peierls-Nabarro potential for the topological kink, unveiling how the fermionic back-reaction can lead to localization of the kink. Beyond this limit, a truncated Wigner approximation combined with fermionic Gaussian states captures the quantum spreading and localization of a kink and kink-antikink scattering. Our results reveal how back-reaction and quantum fluctuations modify the stability and real-time evolution of fractionalized fermions, predicting experimentally accessible signatures in current trapped-ion architectures.
• Abstract（参考訳）: 我々は,スカラー場のソリトニック励起がフェルミオン零モードに結合し,分数電荷の励起につながるような,(1+1)次元のパラダイム量子場理論であるJackiw-Rebbiモデルのトラップイオン量子シミュレータを提案し,解析する。 この方法では、スカラー場は構造相転移近傍の平面ジグザグイオン変位の粗い粒度の記述である。 イオンの内部電子状態は、横フォノンと面内スピンフォノンの相互作用とジグザグパターンを介するスピンをコードし、同時に湯川結合したディラック場に対応する。 固定されたソリトン背景を仮定する代わりに、フルフェルミオンボソン系の結合力学に対するバック・リアクションと量子揺らぎの影響を研究する。 まずボルン・オッペンハイマー近似を適用して、トポロジカル・キンクに効果的なピールズ・ナバロポテンシャルを得る。 この限界を超えて、フェルミオンガウス状態と組み合わされたウィグナー近似は、キンクとキンク-アンティキンク散乱の量子拡散と局在を捉える。 この結果から, バック・リアクションと量子揺らぎが, 分数化フェルミオンの安定性とリアルタイムな進化をいかに変化させるかを明らかにし, 現行の捕捉イオンアーキテクチャにおける実験的にアクセス可能なシグネチャを予測した。

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