高能所合作在全息引力研究中取得新进展

　　最近，中国科学院高能物理研究所理论室凌意研究员与合作者在全息引力研究方面取得了最新进展，其成果于8月25日发表在国际期刊《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.113, 091602 (2014)）上。他们在国际上首次研究了全息电荷密度波的线性响应行为，并观察到了实际材料中电荷密度波所具有的两个基本特征，在理论上为实现和研究金属-绝缘体相变提供了一种新的机制。

　　上世纪六七十年代贝肯斯坦和霍金关于黑洞熵的工作揭开了探索时空微观结构及其量子行为的序幕。他们发现黑洞不仅具有熵，而且其取值与黑洞视界的面积成正比，这不同于通常热力学系统中熵与体积成正比的规律。在此基础上，上世纪九十年代Gerard 't Hooft 和Leonard Susskind相继提出我们三维世界的所有信息可能完全包含在一个二维曲面之上，这被称为引力的全息原理。引力全息性质的研究对于揭示引力的本质属性和构建引力的量子理论具有重要意义，现其主要实现途径是从超弦理论中发展起来的引力/规范对偶（AdS/CFT对应）。近年，通过全息引力的研究，人们惊奇地发现广义相对论不仅能研究引力相关现象，而且还能作为一个研究强耦合系统的有力工具，应用到高能粒子物理和凝聚态物理等领域，并且产生了深远影响。其主要原因是因为AdS/CFT对应同时是一种强弱耦合的对偶，量子场中强耦合系统的诸多性质可以通过研究经典时空背景下对偶引力场和物质场的扰动来获得，而这些扰动完全由经典场方程来控制。例如，全息超导模型的构建为研究高温超导理论机制提供了全新的方法和思路。

　　电荷密度波（CDW）是固态物质中由于电声相互作用而导致晶格畸变，从而使得电荷密度呈周期性分布的低能有序态，一直是凝聚态物理中人们最感兴趣的前沿课题之一。凌意研究员带领他的博士生牛超、冼卓宇，和渤海大学的吴健聘副教授、比利时自由大学博士后张宏宝密切合作，构建了电荷密度波的全息对偶模型，通过数值求解爱因斯坦场方程和物质场方程，在国际上首次研究了全息电荷密度波的线性响应行为，并观察到了实际材料中电荷密度波所具有的两个基本特征，即钉扎集体模式和单粒子有隙激发，在理论上为实现和研究金属-绝缘体相变提供了一种新的机制。这一成果为采用全息方法来研究与电荷密度波相关的实验现象打开了一扇新窗口。

　　该项研究受到国家自然科学基金项目（Nos.11275208, 11305018 和 11178002）、理论物理国家重点实验室开放课题和江西省“赣鄱英才555工程”的支持。

　　以上两图分别给出了不同温度下全息电荷密度波电导率的实部和虚部。实部中第一个峰代表了集体钉扎模式，第二个峰为单粒子有隙激发。其直流电导随温度降低而减小，实现了金属到绝缘体的相变。