耗散系统中的非线性拓扑对称性保护

我们报告了一个实验与理论研究，该系统动力学由现代物理三个关键概念——拓扑、非线性和自发对称性破缺——之间错综复杂的相互作用主导。实验基于双模相干驱动光学谐振腔，其中光子通过克尔非线性相互作用。在模间存在相位缺陷时，会发展出非线性吸引子，赋予系统模结构一种合成 Möbius 拓扑。该拓扑关联于模间一种固有受保护的交换对称性，使得在理想、无偏置条件下无需任何参数微调即可实现自发对称性破缺。该动力学表现为模在谐振腔往返之间周期性交替，令人联想到倍周期。这扩展到局域结构范围，包括畴壁、亮孤子和呼吸子，它们均以显著的长期稳定性被观察到。对对称性破缺态选择统计随机性的严格检验也确认了实验中交换对称性的鲁棒性。我们的结果与结论得到有效哈密顿量模型的支持，该模型解释了系统中的对称性保护。模型还表明，我们的工作与其他相互作用玻色子系统及量子物质的 Floquet 工程相关。我们的工作也有助于相干伊辛机的实现。