高能所合作在全息引力研究中取得新進展

　　最近，中國科學院高能物理研究所理論室凌意研究員與合作者在全息引力研究方面取得了最新進展，其成果于8月25日發表在國際期刊《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett.113, 091602 (2014)）上。他們在國際上首次研究了全息電荷密度波的線性響應行為，并觀察到了實際材料中電荷密度波所具有的兩個基本特征，在理論上為實現和研究金屬-絕緣體相變提供了一種新的機制。

　　上世紀六七十年代貝肯斯坦和霍金關于黑洞熵的工作揭開了探索時空微觀結構及其量子行為的序幕。他們發現黑洞不僅具有熵，而且其取值與黑洞視界的面積成正比，這不同于通常熱力學系統中熵與體積成正比的規律。在此基礎上，上世紀九十年代Gerard 't Hooft 和Leonard Susskind相繼提出我們三維世界的所有信息可能完全包含在一個二維曲面之上，這被稱為引力的全息原理。引力全息性質的研究對于揭示引力的本質屬性和構建引力的量子理論具有重要意義，現其主要實現途徑是從超弦理論中發展起來的引力/規范對偶（AdS/CFT對應）。近年，通過全息引力的研究，人們驚奇地發現廣義相對論不僅能研究引力相關現象，而且還能作為一個研究強耦合系統的有力工具，應用到高能粒子物理和凝聚態物理等領域，并且產生了深遠影響。其主要原因是因為AdS/CFT對應同時是一種強弱耦合的對偶，量子場中強耦合系統的諸多性質可以通過研究經典時空背景下對偶引力場和物質場的擾動來獲得，而這些擾動完全由經典場方程來控制。例如，全息超導模型的構建為研究高溫超導理論機制提供了全新的方法和思路。

　　電荷密度波（CDW）是固態物質中由于電聲相互作用而導致晶格畸變，從而使得電荷密度呈周期性分布的低能有序態，一直是凝聚態物理中人們最感興趣的前沿課題之一。凌意研究員帶領他的博士生牛超、冼卓宇，和渤海大學的吳健聘副教授、比利時自由大學博士后張宏寶密切合作，構建了電荷密度波的全息對偶模型，通過數值求解愛因斯坦場方程和物質場方程，在國際上首次研究了全息電荷密度波的線性響應行為，并觀察到了實際材料中電荷密度波所具有的兩個基本特征，即釘扎集體模式和單粒子有隙激發，在理論上為實現和研究金屬-絕緣體相變提供了一種新的機制。這一成果為采用全息方法來研究與電荷密度波相關的實驗現象打開了一扇新窗口。

　　該項研究受到國家自然科學基金項目（Nos.11275208, 11305018 和 11178002）、理論物理國家重點實驗室開放課題和江西省“贛鄱英才555工程”的支持。

　　以上兩圖分別給出了不同溫度下全息電荷密度波電導率的實部和虛部。實部中第一個峰代表了集體釘扎模式，第二個峰為單粒子有隙激發。其直流電導隨溫度降低而減小，實現了金屬到絕緣體的相變。