准粒子是如何早死的？

在量子世界里，在相互作用粒子的大型系统中，常常会出现这样一个戏剧性的现象：这些粒子会表现得整齐划一，行为就像单个粒子，物理学家将这样的粒子集体群称为准粒子。
准粒子的应用如，电子在半导体中的运动过程中受到来自原子核以及其它电子的作用，然而其行为可以视作带有不同质量的自由电子，这个带有不同质量的“电子”称为“准电子”；在半导体的价带集体行进的电子，其行为可以视作半导体中存在着带正电的空穴往反方向运行；其它的准粒子如包括来自固态系统中原子振动的声子、来自等离子体振荡的等离子体等许多种类。作为简化多体问题的手段之一，准粒子的概念在凝态物理尤其重要。
不幸的是，准粒子只有在它们存活时在技术上才有用。更不幸的是，许多准粒子死得太早，寿命短暂，存活时间远远少于一秒钟。要是准粒子不早死该多好！它将在如超导性、超流动性等的重大量子科学技术领域发挥相当重要的作用。

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为此，科学家们，就如著名神探福尔摩斯一样，开始了侦探量子世界里准粒子不幸早死案件的调查研究。
准粒子是如何早死的？
发表在最近的《物理评论快报》上的一篇论文，莫纳什大学领导的一组国际科学家团队，报告了他们的最新的、具有说服力的侦探结果：准粒子是如何死亡的？
研究团队通过实验与理论分析表明，除了通常的怀疑，准粒子衰变成低能态，研究团队发现了最主要的新的罪魁祸首：多体相移。
多体相移
多体相移，英文：many-bodydephasing ，如下图所示，随着时间的流逝，多体相移会杀死与单个粒子相似的准粒子。

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在物理学中，相移（dephasing）是一种从量子系统中恢复经典行为的机制，它指扰动引起的相干性随时间衰减，系统返回到扰动之前的状态的方式。它在分子和原子光谱学以及介观器件的凝聚态物理学中具有重要作用。
多体相移体现准粒子中的组成粒子随时间自然发生的混乱，随着混乱程度的增加，准粒子与单个粒子的相似性逐渐消失，最终，多体相移不可避免的作用杀死了准粒子。
研究人员在论文中证明，多体相移甚至可以主导其他形式的准粒子死亡，其显著性远非可以忽略不计。
通过对特别“干净”的准粒子，超冷原子气体中的杂质，的研究表明了这一点，研究人员在过去的实验结果中找到了许多多体相移的有力证据。
排斥费米极化子
研究人员研究了超冷原子气体为费米海（Fermisea）的情况。费米海中的杂质产生了一种称为排斥费米极化子（repulsiveFermipolaron）的准粒子。
费米海是由复合费米子在一定条件下形成。复合费米子是电子的拓扑束缚态和偶数个量化的涡旋，有时在视觉上被描绘为电子的束缚态，并附有偶数个磁通量量子。复合费米子最初是在分数量子霍尔效应的背景下提出的。
如下图所示两个自旋态费米海，嵌入费米海（蓝色）中的杂质的两个自旋状态（红色和绿色）耦合在一起，并以有效频率ω经历拉比振荡，和阻尼率ΓR ，阻尼率主要由多体相移控制。

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排斥费米极化子是一个高度复杂的准粒子，过去被实验物理学家和理论物理学家所忽略。通过广泛的模拟和新理论，研究表明，已建立的实验方案，即杂质自旋态之间的拉比振荡，表现出排斥费米极化子中多体相移的影响。