“小柯”秀

《物理评论A》

环聚合物量子理论的费米子交换研究

加拿大滑铁卢大学Russell B. Thompson研究小组与奥地利因斯布鲁克大学的Philip A. LeMaitre，对环聚合物量子理论中的费米子交换进行了研究。相关研究成果近日发表于《物理评论A》。

研究人员利用聚合物自洽场理论，建立了费米子交换与量子-经典同构中排斥体积的映射关系。除了交换之外，研究人员还发现量子粒子在经典统计力学中可以精确地被表示为环聚合物，其轮廓通过逆热能参数化，通常被称为虚时间。

研究团队提供了环状聚合物自洽场理论中费米子交换近似的有力证据，特别是基于环状聚合物的对称性，论证了在平均场图像中使用全轮廓相互作用，而非相等的虚时间相互作用是合理的。此外，研究还揭示了移除禁止的热轨迹实质上等同于反对称交换。

研究人员利用不考虑经典关联的环聚合物自洽场理论计算铍原子的电子密度，结果与忽略库仑关联的Hartree-Fock理论较吻合。总结合能在6%以内一致，虽然距离化学精度还很远，但考虑到场论方程是从零自由参数的第一原理推导出来的，这一成果依然值得关注。

此外，研究人员还探讨了通过更精确地表示自洽场论中电子-电子自相互作用，来提高理论一致性的潜在方法，并深入讨论了费米子交换与热轨迹排斥体积之间的量子-经典映射的量子基础意义。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.109.052819

《自然》

科学家提出求解量子多体问题的波函数匹配方法

美国密歇根州立大学Dean Lee研究团队提出了求解量子多体问题的波函数匹配方法。相关研究成果近日发表于《自然》。

据悉，从头计算在人们对量子多体系统的基本理解中起着至关重要的作用。这些系统跨越了许多子领域，从强相关费米子到量子化学、从原子和分子系统到核物理。其中一个主要的挑战在于构建精确的计算系统。该系统中的相互作用错综复杂，使得选择恰当的计算方法尤为困难。

研究团队通过引入一种名为波函数匹配的方法来解决这个问题。波函数匹配变换了粒子间的相互作用，使得波函数在有限范围内与易于计算的相互作用相匹配。这一方法突破了计算系统的局限性，解决了如蒙特卡洛符号取消等问题，使原本无法进行的计算得以运行。

研究人员成功地将该方法应用于轻核、中质量核、中子物质和核物质的晶格蒙特卡罗模拟中。他们采用高保真度的手性有效场理论相互作用，所得结果与经验数据高度吻合。这些成果不仅为核相互作用提供了新的见解，而且有望解决在从头计算中精确再现核结合能、电荷半径和核物质饱和度的长期难题。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07422-z

《自然-遗传学》

脑膜瘤异质性和演化机制获揭示

美国加州大学旧金山分校David R. Raleigh课题组揭示了脑膜瘤异质性和演化的空间基因组、生化和细胞机制。该研究近日在线发表于《自然-遗传学》。

研究人员利用空间方法确定了将瘤内异质性与高级别脑膜瘤的分子、时间和空间演变联系起来的基因组、生化和细胞机制。研究表明，肿瘤内不同的基因和蛋白质表达程序将高级别脑膜瘤区分开来，而目前的分类系统则将这些肿瘤归为一类。对配对的原发性和复发性脑膜瘤的分析表明，亚克隆拷贝数变异的空间扩展与耐药性有关。

研究人员使用单细胞RNA测序的细胞类型，对脑膜瘤空间转录组进行多重序列免疫荧光和解旋显示，发现免疫浸润减少、MAPK信号传导减少、PI3K-AKT信号传导增加以及细胞增殖增加与脑膜瘤复发有关。为了将这些发现转化为临床前模型，研究人员使用CRISPR干扰和系谱追踪方法，确定了针对脑膜瘤细胞共培养中瘤内异质性的组合疗法。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41588-024-01747-1

《国家科学院院刊》

科学家发现卤化物钙钛矿中的拓扑极化子

美国得克萨斯大学奥斯汀分校Feliciano Giustino团队发现卤化物钙钛矿中的拓扑极化子。相关研究成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

通过在长度尺度上进行第一性原理模拟，研究团队发现卤化物钙钛矿具有丰富而独特的极化子种类，包括小极化子、大极化子和电荷密度波，并解释了各种实验观察结果。

研究人员发现这些涌现的准粒子支持具有量子化拓扑电荷的拓扑非平凡声子场，使它们成为磁性斯基米子晶格中螺旋布洛赫点的非磁性类比。

据悉，卤化物钙钛矿是一种革命性的高质量半导体，可用于太阳能收集和节能照明。越来越多的证据表明，这些材料的特殊光电特性可能源于非常规的电子-声子耦合，极化子和自捕获激子的形成可能是了解这些特性的关键。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2318151121