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自组织临界性是一个优雅的解释如何复杂的结构出现,并贯穿人的本性1,为什么这种结构往往表现出类似的尺度不变的属性2,3,4,5,6,7,8,9。尽管自组织临界性有时被简单模型特性的临界点作为吸引子动力学10,11,12,13,14,15实际系统,连接是非常难以定量测试16,17,18,19,20.,21。这里我们看到三个关键签名driven-dissipative气体的动态自组织临界性的超冷原子钾:自组织的静止状态,在很大程度上是独立的初始条件;scale-invariance最终密度的特点是一个独特的缩放功能;和大数量的波动兴奋原子(雪崩)服从幂律分布特征。这项工作建立一个控制平台调查和非平衡临界自组织现象,与实验访问底层系统的微观细节。
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2020年3月11日
这篇论文已经发表的校正:https://doi.org/10.1038/s41586 - 020 - 2091 - 5
引用
贝克,P。,Tang, C. & Wiesenfeld, K. Self-organized criticality: an explanation of the 1/f噪音。理论物理。(1。59,381 - 384 (1987)。
索尔内特,a·索尔内特& d自组织临界性和地震。EPL9,197 - 202 (1989)。
罗兹,c . j . &安德森,r . m .电源隔离人群的流行规律。自然381年,600 - 602 (1996)。
马拉默,b D。,Morein, G. & Turcotte, D. L. Forest fires: an example of self-organized critical behavior.科学281年,1840 - 1842 (1998)。
de Arcangelis L。Godano C。,Lippiello, E. & Nicodemi, M. Universality in solar flare and earthquake occurrence.理论物理。(1。96年051102 (2006)。
克劳斯,。,Yu, S. & Plenz, D. Statistical analyses support power law distributions found in neuronal avalanches.《公共科学图书馆•综合》6e19779 (2011)。
黑森州,j .总值& t .自组织临界性是神经系统的一个基本属性。前面。系统。>。8166 (2014)。
格里森,j . P。病房,j . A。,O’Sullivan, K. P. & Lee, W. T. Competition-induced criticality in a model of meme popularity.理论物理。(1。112年048701 (2014)。
指示,w . l . et al .适应感官输入曲调临界视觉皮层。Nat。。11,659 - 663 (2015)。
Drossel, b & Schwabl f .自组织临界火灾模型。理论物理。(1。69年,1629 - 1632 (1992)。
Dickman r .数值研究定向渗流场理论。理论物理。启E50,4404 - 4409 (1994)。
穆尼奥斯,m·A。,Grinstein, G., Dickman, R. & Livi, R. Critical behavior of systems with many absorbing states.理论物理。(1。76年,451 - 454 (1996)。
Vespignani, a & Zapperi s参数和扩展字段在自组织临界性。理论物理。(1。78年,4793 - 4796 (1997)。
Dornic,我。,Chaté, H. & Muñoz, M. A. Integration of Langevin equations with multiplicative noise and the viability of field theories for absorbing phase transitions.理论物理。(1。94年100601 (2005)。
德国汉高,M。,Hinrichsen, H. & Lübeck, S.非平衡相变:吸收相变卷。1 (Springer, 2008)。
字段,年代。,Witt, J., Nori, F. & Ling, X. Superconducting vortex avalanches.理论物理。(1。74年,1206 - 1209 (1995)。
Frette, v . et al .雪崩动力学在一堆大米。自然379年现年49岁(1996)。
Dickman R。,穆尼奥斯,m·A。,Vespignani, A. & Zapperi, S. Paths to self-organized criticality.布拉兹。期刊。30.27-41 (2000)。
Altshuler,大肠和约翰森,在涡雪崩t·h·实验。启模。。76年,471 - 487 (2004)。
Bonachela j . a &穆尼奥斯,m . a .自组织没有保护:真实还是明显scale-invariance ?Mech j . Stat。。2009年P09009 (2009)。
沃特金斯:W。,Pruessner, G., Chapman, S. C., Crosby, N. B. & Jensen, H. J. 25 years of self-organized criticality: concepts and controversies.空间科学。牧师。198年3-44 (2016)。
福斯特,D。水动力波动、对称破坏和相关功能(泰勒和弗朗西斯,1990)。
Kosterlitz, j . m . & Thouless d . j .订购亚稳定性和相变两维系统。期刊。C61181 (1973)。
弗里希,U。动荡:a . n .柯尔莫哥洛夫的遗产(剑桥大学出版社,1995)。
berg, J。,Rothkopf, A. & Schmidt, J. Nonthermal fixed points: effective weak coupling for strongly correlated systems far from equilibrium.理论物理。(1。101年041603 (2008)。
Hadzibabic, Z。克鲁格,P。,Cheneau, M., Battelier, B. & Dalibard, J. Berezinskii–Kosterlitz–Thouless crossover in a trapped atomic gas.自然441年,1118 - 1121 (2006)。
没吃,p . a . et al。观察Berezinskii-Kosterlitz-Thouless相变的超冷费米气体。理论物理。(1。115年010401 (2015)。
Tsatsos, m . c . et al。量子动荡困原子“bose - einstein”冷凝物。理论物理。代表。622年1-52 (2016)。
Navon, N。,Gaunt, A. L., Smith, R. P. & Hadzibabic, Z. Emergence of a turbulent cascade in a quantum gas.自然539年,72 - 75 (2016)。
Prufer, m . et al .观察旋量玻色气体的量子动力学普遍远离平衡。自然563年,217 - 220 (2018)。
白尾海雕,S。,Bücker, R., Gasenzer, T., Berges, J. & Schmiedmayer, J. Observation of universal dynamics in an isolated one-dimensional Bose gas far from equilibrium.自然563年,225 - 229 (2018)。
Inouye, s . et al。超辐射玻色-爱因斯坦凝聚态的瑞利散射。科学285年,571 - 574 (1999)。
克拉克·l·W。Gaj,。,Feng, L. & Chin, C. Collective emission of matter-wave jets from driven Bose–Einstein condensates.自然551年356 (2017)。
Ho T.-L。通用简并量子气体的热力学幺正性限制。理论物理。(1。92年090402 (2004)。
Lesanovsky, i & Garrahan j.p.动力学约束,分层放松,玻璃质的强烈相互作用和耗散里德伯气体。理论物理。(1。111年215305 (2013)。
卡尔,C。,Ritter, R., Wade, C. G., Adams, C. S. & Weatherill, K. J. Nonequilibrium phase transition in a dilute Rydberg ensemble.理论物理。(1。111年113901 (2013)。
Schempp, h . et al .全计数统计激光兴奋的里德伯聚集在一维几何。理论物理。(1。112年013002 (2014)。
Malossi: et al。全计数统计和耗散里德伯气体的相图。理论物理。(1。113年023006 (2014)。
Urvoy, et al。强烈里德伯总量的增长在蒸汽细胞相关。理论物理。(1。114年203002 (2015)。
Valado, m . m . et al .实验观察可控动力学约束的冷原子气体。理论物理。启一个93年040701 (2016)。
Goldschmidt, e·a . et al .异常扩大耗散里德伯驱动系统。理论物理。(1。116年113001 (2016)。
Simonelli, c . et al .播种激发雪崩off-resonantly里德伯气体驱动的。期刊。B49154002 (2016)。
Letscher F。托马斯,O。,Niederprüm, T., Fleischhauer, M. & Ott, H. Bistability versus metastability in driven dissipative Rydberg gases.理论物理。启X7021020 (2017)。
古铁雷斯,r . et al .实验签名吸收态相变的一个开放的驱动的多体的量子系统。理论物理。启一个96年041602 (2017)。
机台,C。,Pohl, T., Pattard, T. & Rost, J. M. Many-body theory of excitation dynamics in an ultracold Rydberg gas.理论物理。启一个76年013413 (2007)。
Marcuzzi, M。锡克,J。,Olmos, B. & Lesanovsky, I. Effective dynamics of strongly dissipative Rydberg gases.期刊。一个47482001 (2014)。
Klocke, k & Buchhold m .控制励磁雪崩里德伯气体驱动的。理论物理。启一个99年053616 (2019)。
Marcuzzi, M。,Buchhold, M。,Diehl, S. & Lesanovsky, I. Absorbing state phase transition with competing quantum and classical fluctuations.理论物理。(1。116年245701 (2016)。
Buchhold, M。,Everest, B., Marcuzzi, M., Lesanovsky, I. & Diehl, S. Nonequilibrium effective field theory for absorbing state phase transitions in driven open quantum spin systems.理论物理。启B95年014308 (2017)。
Perez-Espigares C。Marcuzzi, M。,Gutiérrez, R. & Lesanovsky, I. Epidemic dynamics in open quantum spin systems.理论物理。(1。119年140401 (2017)。
阿里亚斯,。,Lochead, G., Wintermantel, T. M., Helmrich, S. & Whitlock, S. Realization of a Rydberg-dressed Ramsey interferometer and electrometer.理论物理。(1。122年053601 (2019)。
丹尼斯,g R。,Hope, J. J. & Johnsson, M. T. XMDS2: fast, scalable simulation of coupled stochastic partial differential equations.第一版。理论物理。Commun。184年,201 - 208 (2013)。
Bauke, h .幂律分布的参数估计最大似然方法。欧元。理论物理。j·B58,167 - 173 (2007)。
确认
我们承认t .艾布森g . Pupillo和m . Weidemuller讨论。这项工作支持下的德意志Forschungsgemeinschaft WH141/1-1的一部分和支持的DFG合作研究中心SFB 1225(等产量曲线),海德堡量子动力学中心,欧盟H2020场效应晶体管RySQ主动项目(批准号640378)和“Investissements d未来”计划通过卓越计划斯特拉斯堡大学(国际防务展)。M.B.承认亚历山大•冯•洪堡基金会的支持。s.d承认支持由德国研究基金会(DFG)的制度策略在德国科隆大学卓越计划祖克(81)和欧洲研究理事会通过伦理委员会批准协议编号为647434(各)。S.W.部分支持的斯特拉斯堡大学高级研究学院(美国新闻署),萨达姆政权承认卡尔蔡司基金会的支持,和萨达姆政权承认海德堡的支持基础物理的研究生院。
作者信息
作者和联系
贡献
萨达姆政权,G.L. and S.W. devised the experiments; S.H., A.A., G.L. and T.M.W. acquired and analysed the data; M.B. and S.D. developed the theoretical description; all authors contributed to interpreting the results and writing of the manuscript.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
额外的信息
同行审查的信息自然由于罗纳德•Dickman和其他匿名审稿人(s),他们的贡献的同行评审工作。
出版商的注意施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。
扩展数据数据和表
扩展数据图1非平衡普遍性的进一步证据。
一个,定态密度nf以t= 10 ms的函数Ω2对于不同的解谐Δ。b相同的数据,新轴来实现完整的数据崩溃,揭示了尺度函数(适合冲蓝线所示)的固定密度nf。插图,标准化残差之间的新数据和安装扩展功能。蓝色虚线对应于简单的扩展函数中使用的主要文本,和固体橙线是一个广义扩展函数,更准确地再现了渐近扩展形式。每个数据点对应于一个单一的测量。
扩展数据图2反应SOC状态的外部扰动。
一个,实验过程的草图用于测量易感性\ \ (x = {rm \ d {}} {n} _ {{\ rm {f}}} / {rm \ d {}} {\ varOmega} _ {{\ rm {f}}} ^ {2} \)通过淬火扩散参数κ∝Ω2在相变吸收状态。b,实验数据对应三种不同的初始条件(黑色圆圈)吸收阶段,对应关键阶段(布朗三角形)和活跃的阶段(红色方块)。实线对应的预测基于实验确定尺度函数,和虚线对应于平均场的预测。每个数据点对应于八个测量的平均值。我们展示两个代表性误差线,供参考相应平均数标准误差。
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Helmrich, S。阿里亚斯,。,Lochead, G.et al。一个自组织临界性的超冷原子气体的签名。自然577年,481 - 486 (2020)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 019 - 1908 - 6
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