多體系統領域的探索者

國際理論物理中心（ICTP）將2018年的狄拉克獎授予三位傑出的物理學家——哈佛大學的Subir Sachdev，芝加哥大學的Dam Thanh Son，和麻省理工學院的文小剛——以表彰他們對於理解強關聯多體系統中的新物相，以及引入原創的跨學科方法的獨立貢獻。

三位狄拉克獎獲得者。| 圖片來源：ICTP

三名獲獎者都致力於研究量子力學如何影響大數量的粒子群體，也就是所謂的多體系統。我們已經理解量子力學定律如何影響非常小的粒子群的行為，然而，日常生活中的物體是由大量的粒子（接近10^23）組成的，而且，粒子之間以不同的方式相互作用。這些相互作用使得考慮量子糾纏變得至關重要，因而，將量子力學應用於這些系統也就變得非常複雜。量子糾纏的複雜模式是理解材料宏觀性質的關鍵，尤其是當多體系統展現出令人驚異的演生行為時。

有些演生行為會導致新物相的生成。研究多體系統的一種方法就是觀察材料所處的物相。我們熟悉的物相有固體、液體、氣體，然而在現代量子材料中發現了很多新的物相，它們有著全新的性質，引發科學家的興趣。

常見的物相有氣體、液體和固體（中間三個），在高溫下則有等離子體（最上），而在低溫狀態下，物質會呈現出我們從未見過的相。最下面顯示的是量子凝聚。| 圖片來源：Johan Jarnestad

今年的狄拉克獎獲得者為理解這些新物相以及「相變」（當外界參數，比如說溫度、壓強緩慢變化的時候，從一種物相進入另一種物相的過程）做出了開創性的貢獻。物相的改變意味著材料的性質會發生劇烈的變化。另外，三位獲獎者幫助闡明了電子糾纏的模式是如何引起這些性質的變化的。

理解多體系統的動力學使得科學家能夠理解材料的不同性質是如何出現的，更不用說還可以幫助設計新型材料。從新的量子計算機到超導設備等，都是這些新材料可能應用的領域。

三位獲獎者用他們在材料科學、黑洞和冷原子等領域的廣博知識，加深了我們對於多體系統的理解，證明了跨學科方法的價值。

ICTP的主任Fernando Quevedo說：「今年的狄拉克獎獲得者都是使用跨學科方法研究具體理論物理問題的領導者。」

Subir Sachdev

Subir Sachdev

Subir Sachdev，出生於印度新德里，為理論凝聚態物理學的諸多領域做出了開創性貢獻。尤其重要的是發展了絕緣體、超導體和金屬中量子臨界現象的理論；量子反鐵磁系統中的自旋液體態理論，以及物質的分數相（fractionalized phase）理論；關於新型退禁閉（deconfinement）相變的研究；沒有準粒子的量子物質的理論；並將很多這些思想應用於黑洞物理中先驗無關的問題，包括非費米液體的一個具體模型。

Dam Thanh Son

Dam Thanh Son

Dam Thanh Son，出生於越南河內，第一個理解了規範/引力對偶（gauge/gravity duality）可以用來解決強關聯多體系統的基本問題，例如囚禁的冷原子、夸克-膠子等離子體。他證明了可以計算得到這些多體系統的粘度、導電率等輸運係數的解析解，以及強耦合作用通常導致對這些輸運係數的束縛。最近，他提出，在半填充的朗道能級會出現一個狄拉克費米子，這項工作引發了對於三維規範場論的理解的迅速發展。

文小剛

文小剛

文小剛，提出拓撲序的概念作為理解有能隙量子系統的新準則。他發現，具有拓撲序的態包含非平凡邊界激發，他還為量子霍爾系統的邊界態發展了手性Luttinger理論。他認識到，量子霍爾態不屬於通常表徵物相的朗道範式，並且展示了如何對其進行分類。他揭示了拓撲序與量子糾纏的深刻聯繫。最近，他發展了對稱性保護拓撲相的概念。這些思想與量子場論中的異常現象有密切的聯繫。

西敏寺中的狄拉克紀念碑。| 圖片來源：Wikipedia

ICTP的狄拉克獎於1985年第一次頒發，為紀念二十世紀最偉大的物理學家之一、ICTP忠實的朋友——狄拉克（P.A.M. Dirac）而設。每年在狄拉克的生日，8月8日這一天，授予為理論物理學作出重大貢獻的科學家。

新聞來源：

https://www.ictp.it/about-ictp/media-centre/news/2018/8/dirac-medal-2018.aspx

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