Химерные состояния в системе экситонных поляритонов / Гаврилов С.С.

Химерные состояния (chimera states) – сравнительно новая концепция нелинейной динамики. Вслучае непрерывных систем они проявляются как пространственные структуры, спонтанновозникающие в совершенно однородной среде и сочетающие в себе регулярную и хаотическуюподсистемы. В докладе обсуждается возможность появления химерных состояний в системелокально взаимодействующих короткоживущих бозе-частиц [1]. Рассматривается неравновесныйконденсат экситонных поляритонов, который возникает в плоском микрорезонаторе под действиемкогерентной световой волны с частотой вблизи поляритонного резонанса. Поскольку собственноевремя жизни поляритонов очень мало, долгое время считали, что такой конденсат должен бытьадиабатически подчинен внешнему полю по аналогии с простым вынужденным осциллятором.Оказалось, однако, что вследствие определенного петлевого процесса рассеяния [2] в системе слинейной связью спиновых компонент могут оказаться запрещенными все пространственнооднородные состояния, естественным образом отвечающие как однородному внешнему полю, так илатерально однородному резонатору. В таком случае симметрия нарушается и происходитспонтанное внутреннее упорядочение системы, в частности, в квазиодномерных поляритонных нитяхвозникает цепочка чередующихся между собой областей с правой и левой круговой поляризацией.Поскольку волновое число конденсата не определено, эти “спиновые диполи” похожи на простейшийэлектрический диполь, атом водорода, который существует благодаря неопределенностиэлектронного импульса. Часть спиновых звеньев, доля которых постоянна во времени, может бытьрассинхронизирована с упорядоченной подсистемой и эволюционировать хаотически. В результатенесколько парадоксальным образом оказывается, что нарушение симметрии приводит и кдинамическому хаосу [3], и к возможности формирования дальнего порядка.Упорядоченная спиновая цепочка напоминает твердое тело: диполярный кристалл. Подобныеструктуры могли бы возникнуть в периодическом внешнем поле, формирующем связанную решеткуатомных конденсатов. Говоря о таких системах, в литературе всё чаще используют терминsupersolid. Раньше его понимали (и переводили) как сверхтекучее твердое тело, имея в видураспространение вакансий, возникающих в настоящем кристалле от нулевых колебаний идвижущихся без диссипации [4]. Убедительных доказательств этому еще не получено, но затоактивно исследуется похожий перенос возбуждений в конденсатах в “наведенных” решетках [5]. Вполяритонной системе, где, как выяснилось, уже сама решетка спонтанно образуется из однороднойсреды, также могут идти процессы переноса, не сводящиеся к реакции на внешнее возмущение. Вчастности, в ней могут возникать светлые и темные солитоны, распространяющиесябездиссипативным образом, а в двумерной системе – квантованные вихри, поведение которыхзаметно отличается от вихрей в обычных равновесных бозе-конденсатах.