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在许多多体量子系统中,随着系统某些外部参数达到它的临界值,在零温情况下量子系统会发生量子相变。一般说来,量子相变的发生伴随着处于临界点时量子系统基态的能级交叉或者是某种对称性的破缺。最近,人们发现对于一个量子相变系统,在它的临界点附近,量子相变系统的动力学具有极高的敏感性。这个理论预言已经在核磁共振实验中得到了验证。
在本文中,研究了处于一个单模电磁场中的原子系综的动力学敏感性。把这个系统称为光场缀饰的原子系综,它能够用Dicke模型来描述。假设这个原子系综中的所有原子都与该单模光场共振耦合。当一个与光场频率大失谐的外部二能级原子穿过这个腔,由于Stark效应,腔场的共振频率将被移动。因此,处在量子相变附近的光场缀饰原子系综将被推过它的临界点。在这种情况下,Dicke模型的动力学对于这个外部原子的穿过将非常敏感。
采用Loschmidt回波来刻画这种动力学敏感性。Loschmidt回波能内在地由光场缀饰原子系综的特性所定义出来。在短时近似下证明,Loschmidt回波恰好是光场缀饰原子系综中光子数涨落的指数函数。这意味着可以通过测量光子关联来得知Loschmidt回波。Loschmidt回波的突然改变意味着这个外部原子穿过这个腔。也指出了Dicke模型中量子敏感性与云室中探测粒子飞过的经典敏感性存在相似性,粒子飞过云室中诱导出的经典相变会加强粒子的运动轨迹。