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第3章 微澜

作者:伊秽儿本书字数:K更新时间:
    第三章 微澜


    冬意渐浓,物理学院外的梧桐大道上,铺满了厚厚的、被踩得沙沙作响的落叶。天空是铅灰色的,少有阳光,空气干冷。然而,学院内部的研究工作,却似乎进入了一个相对平稳的、甚至有些加速的时期。中期考核的压力暂时卸去,前路的迷雾虽未散尽,但每个人都已调整好步调,在自己选择的道路上埋头前行。317宿舍的日常,也呈现出一种新的节奏:规律的忙碌,偶有灵光乍现的惊喜,更多的是日复一日的枯燥探索,以及随之而来的、更深层次的专业分野带来的疏离。


    周明的“沉淀”开始显现成效。在深入研读了一系列关于相互作用 Luttinger 液体和玻色化技术的经典文献后,他将目光锁定在一个具体而微妙的问题上:在具有自旋轨道耦合的螺旋边缘态中,考虑短程 Hubbard 相互作用, Luttinger 参数 g 如何随相互作用强度和费米速度变化?这看似是一个“标准”问题,但周明不满足于微扰论的结果。他尝试利用重整化群(RG)技巧,超越一阶微扰,考察 g 参数的流向。他惊讶地发现,在某些参数区域,当相互作用强度超过某个临界值时, RG 流方程会显示 g 流向一个非平庸的固定点,这个固定点对应的理论,可能不再是简单的 Luttinger 液体,而是具有不同标度行为的、更奇异的 Luttinger 液体(如自旋-电荷分离被部分破坏,或出现新的相关函数幂律)。


    这个发现本身并不算惊天动地,但关键在于,周明通过严谨的推导,清晰地刻画了这个非平庸固定点存在的参数条件,并指出了可能的实验探测信号(如隧穿电导的异常标度行为)。他将这个结果整理成一份简短但扎实的笔记,在组会上向唐世渊教授做了汇报。


    唐教授听完,沉默了片刻,手指习惯性地在桌面上轻轻敲击。然后,他点了点头,脸上露出难得的、可以称之为赞许的神情。


    “不错。”唐教授言简意赅,“抓住了关键。相互作用对拓扑边缘态的影响,不能简单用微扰论处理。你这个非平庸固定点,虽然还不算全新的物理,但它明确指出了 Luttinger 液体描述失效的区域,以及新的可能性。这才是扎实的工作——在基础问题上向前走一小步,但这一步是坚实的,有意义的。”


    得到导师的肯定,周明心中却异常平静,没有预想中的激动。他只是感到一种久违的踏实感。他明白,这距离他曾经梦想的“颠覆性”发现还很遥远,但至少,他走在正确的道路上,每一步都留下了清晰的脚印。他不再渴望一鸣惊人,而是开始享受这种“慢工出细活”、逐步深入理解一个物理问题的过程。他甚至开始构思,能否将这个结果写成一篇短文,投给《物理评论B》这样的专业期刊。这与他最初幻想在《物理评论快报》上发表“非阿贝尔任意子”的雄心相比,似乎显得“平庸”,但此刻的周明,觉得这样的“平庸”格外真实,也格外珍贵。


    与周明“静水流深”的进展不同,李叶的探索则充满了曲折和柳暗花明的戏剧性。在尝试用多体局域化(MBL)的框架解释“共振峰”未果后(更大尺度的能级统计和纠缠熵分析并未显示出明显的 MBL 特征),他一度陷入瓶颈。然而,一次偶然的文献检索,让他注意到一篇发表于《物理评论B》边缘栏目、引用寥寥的短文,讨论了一维阻挫自旋链在周期性扰动下可能出现的“多激发束缚态”(multi-excitation bound states)。这个想法像一道闪电,劈开了他脑海中的迷雾。


    “周期性扰动……多激发束缚态……”李叶反复咀嚼着这两个词。他的系统,不正是在交错磁场(周期性扰动)下的阻挫自旋链吗?那个“共振峰”如此尖锐,会不会不是一个“单粒子”激发,而是由多个自旋子(分数化的激发)在周期性势场作用下形成的束缚态?这不同于传统的两子自旋子束缚态,可能是更高阶的束缚模式,其能量和动量关系会非常特殊。


    这个想法让他兴奋不已。他立刻重新审视自己的 DMRG 数据,尝试从多激发束缚态的角度去分析。他改写了部分代码,计算了低能激发谱中特定动量转移下的动态结构因子。经过几天不眠不休的计算和分析,一个令人惊喜的迹象出现了:在“共振峰”出现的参数区,动态结构因子在特定的能量-动量点显示出异常增强,这确实符合某种多激发束缚态的特征!而且,通过有限尺寸标度分析,这个束缚态的能量随系统尺寸的衰减方式,也与简单的两自旋子束缚态不同。


    李叶激动得在机房里差点跳起来。他强压住兴奋,开始着手构建一个简化的理论模型,尝试解析地推导在交错磁场和阻挫共同作用下,可能出现的高阶自旋子束缚态及其能量-动量关系。虽然解析推导非常困难,但通过与数值结果的初步对比,他找到了定性的吻合。这极大地增强了他的信心。


    本小章还未完,请点击下一页继续阅读后面精彩内容!“陈老师,我可能找到那个峰的解释了!”在紧接着的一次讨论中,李叶迫不及待地向陈其林教授汇报了初步结果。


    陈教授仔细听取了他的分析和展示的数据,眼中闪过一丝赞许:“多激发束缚态?这个想法很有启发性。周期性势场诱导的多体束缚,在一维强关联系统中确实是一个有趣但研究不多的方向。不过,”他话锋一转,语气变得严肃,“你的证据还不够充分。动态结构因子的异常增强,只是必要条件,不是充分条件。你需要更直接的证据,比如,通过 DMRG 直接构造出这个束缚态对应的低能激发波函数,分析其空间结构和纠缠特性。另外,你的简化模型需要进一步细化,至少要能半定量地解释束缚能的大小和参数依赖关系。”


    陈教授的严谨给李叶发热的头脑降了降温,但也指明了下一步的方向。他意识到,这不再仅仅是一个“有趣的异常”,而可能通向一个全新的、值得深入研究的物理现象。他立刻着手,一方面设计更复杂的 DMRG 计算来“捕捉”束缚态的波函数,另一方面,试图改进他的简化模型,加入更多真实相互作用的细节。工作骤然变得繁重,但李叶却干劲十足,因为他感到自己正站在一个新发现的门槛上。他甚至开始隐隐期待,这个工作或许能达到《物理评论B》 Rapidmunication 甚至更高档次期刊的水平。


    刘逸的进展,则显得更加缓慢和不确定。在方文教授的指引下,他暂时搁置了复杂的计算,转而深入思考阻挫 Z2 规范场模型的“灵魂”。他研读了大量关于 deconfined quantum criticality (DQC)、量子自旋液体、以及涌现规范场的文献。他逐渐认识到,自己模型的核心魅力,可能在于阻挫导致的强量子涨落与 Z2 规范场的拓扑性质之间微妙的相互作用。这可能导致一些非常规的量子相变,甚至是新的拓扑有序相。


    然而,从“物理图像”到具体的、可计算的理论预言,还有巨大的鸿沟。他尝试用场论的语言来刻画这种竞争,但发现需要处理强耦合的规范场与物质场的相互作用,这已经超出了传统微扰论甚至标准大N展开的适用范围。他感到自己像是在一片理论的浓雾中摸索,偶尔能看到远处模糊的轮廓,但脚下的路却崎岖难行。


    与陆云峰那边的合作,也进入了平颈期。iPEPS 计算确实在特定参数区域显示出一些有趣的迹象,比如基态能量的二阶导数有微弱的异常,自旋-自旋关联函数呈现特殊的衰减行为。但这些迹象都还很模糊,无法给出确切的结论。陆云峰表示,要得到更清晰的结果,需要优化算法,增加计算资源,这需要时间。


    刘逸感到一种深深的无力感。他能“感觉”到模型背后应该蕴藏着丰富的物理,却苦于找不到合适的理论工具将其“榨取”出来。他常常一整天对着一堆公式和文献,却写不出几行有意义的推导。这种状态让他焦虑,甚至有些自我怀疑。他羡慕李叶有明确的数值线索可以追踪,羡慕周明在具体问题上的扎实推进,甚至羡慕张海峰至少有个“主线”课题可以产出一些常规结果。而他,似乎还徘徊在真正的起点之外。


    压力之下,他开始更加疯狂地阅读文献,试图从中找到突破口。他涉猎的范围越来越广,从凝聚态到场论,从高温超导到拓扑序,笔记本上记满了杂七杂八的灵感和未成形的想法。然而,过多的信息涌入,非但没有理清思路,反而让他更加混乱。他感觉自己像一只试图搬走一座大山的蚂蚁,努力,却看不到任何成效。


    他开始出现睡眠问题,经常在深夜辗转反侧,脑海中不断回旋着各种公式和概念。白天则精神不振,注意力难以集中。他变得沉默寡言,甚至有些易怒。李叶和张海峰都注意到了他的异常,但每次问起,他都只是摇摇头,说“没事,就是有点累”。


    张海峰则在“主副线”的双重压力下奋力挣扎。“主线”的三角晶格扩展 Hubbard 模型研究,在经历了最初的困难后,终于有了一丝起色。他巧妙地选择了一个相互作用强度适中、几何阻挫效应显着但负号问题相对可控的参数点,通过改进的量子蒙特卡洛算法,结合细致的有限尺寸和有限温度分析,初步观察到了低温下电阻率与温度的近似线性关系,以及热容量在低温下的反常行为——这些是奇异金属相的可能迹象。虽然信号还很弱,统计误差不小,但至少是一个积极的开始。他小心翼翼地撰写着这部分工作的初稿,心里盘算着,如果后续数据更扎实,或许能拼凑出一篇不错的文章。


    而“副线”的硫柱方法改进,则依然是老大难。他尝试的几种优化算法,效果都不理想。机器学习辅助的尝试,也因缺乏高质量的训练数据而进展缓慢。但他依然没有放弃,每隔几天就会花上几个小时折腾那些代码,就像一个固执的园丁,在贫瘠的土地上试图种出花朵。他知道希望渺茫,但放弃,似乎比失败更让他难以接受。


    这章没有结束,请点击下一页继续阅读!忙碌和平静之下,宿舍里的“裂痕”在缓慢而确实地扩大。一天晚上,刘逸又因为一个理论问题陷入僵局,烦躁地合上书,揉了揉发胀的太阳穴。他瞥见李叶正对着屏幕上一组漂亮的动态结构因子数据面露喜色,忍不住问道:“叶子,你那束缚态有进展了?”


    李叶抬起头,眼中还带着兴奋:“有点进展!DMRG 初步构建的低能激发波函数,空间分布显示确实是局域的,而且看起来像是有三个自旋子束缚在一起!纠缠熵的标度也跟单粒子激发不一样。不过,还需要更多证据……”


    刘逸听着,心里涌起一阵复杂的情绪。他为李叶感到高兴,但同时也感到一种更深的失落和自我怀疑。李叶在解决一个具体的问题,一步步靠近答案。而他,还在理论的迷雾中打转,连明确的问题都难以界定。


    “挺好,”刘逸扯出一个笑容,声音有些干涩,“恭喜。”


    李叶察觉到他情绪不对,收敛了笑容,关切地问:“你呢?最近怎么样?deconfined criticality 那边有思路了吗?”


    刘逸摇摇头,叹了口气:“别提了。看了一堆文献,感觉有点想法,但一落实到具体计算,就寸步难行。方老板说的对,物理图像不清楚,用什么工具都是白搭。可我连清晰的物理图像都还没建立起来……”他顿了顿,声音低了下去,“有时候真羡慕你们,至少知道自己在挖什么矿。我连矿脉在哪儿都不知道。”


    李叶张了张嘴,想安慰几句,却发现自己不知该说什么。科研的道路本就孤独,每个人的难题都不同,外人很难真正感同身受。他拍了拍刘逸的肩膀:“别急,慢慢来。你不是常说,理论物理是‘慢工出细活’吗?”


    刘逸苦笑一下,没再说话。是啊,慢工出细活,可他的“慢工”,什么时候才能看到“细活”呢?


    另一边,周明完成了那份关于非平庸 Luttinger 液体固定点的笔记,正在考虑如何将其扩展成一篇完整的论文。他难得地主动询问李叶:“叶子,你对数值上探测 Luttinger 参数 g 的异常标度行为有什么建议吗?特别是自旋-电荷分离可能被破坏的情况。”


    李叶想了想,说:“可以通过计算自旋和电荷的动态结构因子,看它们的低能行为是否符合不同的幂律。或者,直接拟合实空间关联函数的衰减。不过,这需要非常精确的数据和高信噪比。你的系统具体是什么?”


    周明简要解释了他的螺旋边缘态模型。李叶听完,皱了皱眉:“这个模型用 DMRG 有点麻烦,需要处理手征边缘态,而且有自旋轨道耦合,系统尺寸受限。不过,或许可以尝试用动力学 DMRG 计算谱函数,但计算量会很大。”


    “数值验证不容易,”周明了然地点点头,“那我先侧重理论推导和可能实验迹象的讨论吧。”他不再多说,转而继续修改自己的文稿。他并不真的指望李叶能立刻给出解决方案,只是下意识地想验证一下自己理论预言的“可检验性”。这种交流,更像是专业上的例行公事,缺乏了曾经那种共同探索未知的兴奋感。


    而张海峰,大部分时间都沉浸在自己的代码和数据海洋里。偶尔抬起头,看到周明在安静地推演公式,李叶在兴奋地分析数据,刘逸在烦躁地翻阅文献,他会感到一阵恍惚。不过一年多前,他们还常常为了一个物理问题争得面红耳赤,为一个新想法兴奋不已。而现在,每个人都深陷在自己的专业领域中,像四只忙碌的工蚁,沿着不同的信息素轨迹,奔向各自的目标。他们依然分享着同一片物理的星空,但仰望的,似乎已是不同的星座。


    冬夜的寒风,在窗外呼啸。宿舍里,暖气片发出轻微的嘶嘶声。灯光下,四个年轻的身影,各自伏案,沉浸在属于自己的那片微小而广阔的世界里。键盘声、翻书声、笔尖的沙沙声,交织成一曲沉默的奋斗交响。然而,在这和谐的表面之下,是日益加深的专业沟壑,是逐渐难以共享的兴奋与困惑,是孤独探索中悄然滋长的、一丝难以言说的疏离。


    微澜之下,潜流暗涌。科研的道路,在赋予他们专注与深度的同时,似乎也正悄然拉开彼此的距离。曾经亲密无间的战友,是否终将变成仅仅点头之交的同行?这个问题,无人提及,却如同窗外的寒意,悄然渗透进来,无声无息。


    (第十二卷第三章 完)


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