物理学家经常使用量子规范理论来描述亚原子粒子的数学结构、相关波场以及它们之间的相互作用。这些理论中概述的动力学很难计算，但在实验室中有效地模拟它们可能会带来有价值的新见解和发现。在一项新研究中，苏黎世联邦理工学院量子电子研究所的一组研究人员成功地在实验室实验中实现了模拟量子规范理论的基本部分。通过在高度受控的环境中模拟量子系统，收集有趣的观察结果并拓宽您对多体系统（即具有许多相互作用粒子的系统）的理解。

进行这项研究的研究人员之一其中，蒂尔曼·埃斯林格 (Tilman Esslinger) 说：通常，研究的灵感来自固态物理现象，例如复杂材料中电子的强相位相关性。然而，在目前的研究中，研究人员希望扩大实验平台（即光学晶格中的超冷原子）的范围，以研究高能和凝聚态物理中的新现象。目的是证明可以在设备中设计规范场。这些规范场是动态量子自由度，因为它们与物质场耦合。规范场是几种量子场论的重要组成部分，包括量子电动力学和色动力学。

这些理论描述了物理学的各个方面该领域的一大类现象，如基本粒子物理、凝聚态物理和量子信息论。因此，在冷原子环境中实施规范场将使研究人员能够在实验室中研究其中的一些现象。研究中使用的方法基于一种称为 Floquet 工程的技术。这种方法用于随着时间的推移周期性地调制量子系统，从而实现在实验期间在静态系统中无法访问的新物理模型。在实验中，研究人员将铁离子钾原子冷却到接近绝对零的温度。在这种情况下，量子效应支配着粒子的行为。

这允许研究人员研究这些影响在受控环境中。随后，冷却的原子被加载到由激光组成的人造晶体中，以模拟特定行为，例如固体材料中电子的行为。为了设计与密度相关的 Peierls 相，研究人员使用了 Floquet 方法并在一个方向上摇动光学晶格，这将能够控制晶格相邻位点之间原子的量子力学隧道过程。通过在两个不同频率下使用相对相位驱动系统，研究人员能够实现包含 Peierls 相位的复值隧道。结果，实验中使用的原子开始表现得好像暴露在合成规范场中一样。

因为选择振动频率来与粒子之间的相互作用共振，Peierls 相和相关规范场取决于晶格中的原子配置。这就导致了物质与规范场之间的反作用力机制：由于规范场的存在，原子开始运动，进而改变规范场本身。在这项研究中，研究人员在晶格的单个链接上开发了一种测量方案。使用该方案，测量了原子在第二个原子上隧穿时“拾取”的 Peierls 相位，并将其与跳过空位时拾取的相位进行了比较。研究人员观察到这两个阶段之间存在显着差异，这表明与这些 Peierls 相关的规范场取决于格点的占有率。