（通讯员 余紫钧）近日，长江大学物理与光电工程学院肖祺、陈彦君同学在刘统华教授的指导下，在量子引力与宇宙学交叉领域取得重要研究进展。其研究成果以 “Effects of Lorentz symmetry breaking on quantum coherence in an expanding universe” 为题，发表于国际顶尖物理学期刊《物理快报 B》（Physics Letters B），该期刊为 Elsevier旗下权威学术刊物，是粒子物理、场论与宇宙学领域的核心期刊，中科院最新分区SCI大类二区，长江大学为唯一作者单位。研究团队通过建立离散时空下的洛伦兹对称性破缺（LIV）模型，首次系统阐明了普朗克尺度物理效应与宇宙膨胀共同调控量子相干性的动力学机制，为探测量子引力效应提供了全新的宇宙学观测途径。
量子相干性作为量子力学的核心特征，是量子信息处理、量子计量等技术的基础资源，但其在宇宙膨胀等引力环境中的演化规律一直是基础物理领域的前沿难题。同时，洛伦兹对称性作为相对论的基石，在普朗克尺度下是否会发生破缺，是量子引力理论试图回答的关键问题。此前研究表明，宇宙膨胀会通过引力时间膨胀等效应导致量子退相干，而洛伦兹对称性破缺可能通过修正色散关系影响量子动力学，但二者的耦合效应及对量子相干性的联合调控机制尚未明确。
为解决这一问题，研究团队创新性地将普朗克尺度的离散时空结构引入宇宙学模型，通过空间离散化推导得到修正的色散关系
，其中σ为表征洛伦兹对称性破缺强度的关键参数。在弗里德曼 - 罗伯逊 - 沃尔克（FRW）膨胀时空背景下，团队采用l1-范数相干性度量方法，系统分析了洛伦兹对称性破缺参数σ、宇宙膨胀体积ξ、膨胀速率ρ及波数k等关键物理量对量子相干性的调控规律。
研究发现三大核心物理效应：一是双重退相干机制，洛伦兹对称性破缺通过引入动量依赖的额外相移破坏量子叠加态的相位匹配条件，而宇宙膨胀则通过尺度因子演化放大这一效应，二者协同导致量子相干性随∣σ∣增大呈指数衰减；二是尺度选择保护效应，高频模式（k>0.4）对退相干具有显著抗性，而低频模式（k<0.2）易受环境扰动，这一特性为宇宙学中的量子信息筛选提供了天然机制；三是最优相干性区域，当σ≈0且ξ≈0.75时，量子相干性达到理论最大值，表明通过调控时空参数可有效抑制对称性破缺与宇宙膨胀带来的退相干效应。
该研究的创新价值在于构建了连接普朗克尺度物理与宇宙学观测的桥梁，首次量化了洛伦兹对称性破缺与宇宙膨胀的非线性耦合对量子相干性的影响，为检验量子引力理论提供了可观测的宇宙学信号。研究团队提出的理论框架充分考虑了离散时空的非平庸效应，避免了高阶时间导数带来的稳定性问题，其结果不仅深化了对量子相干性在宇宙演化中命运的理解，更为极端引力环境下的量子技术应用提供了理论支撑。未来，随着原子干涉仪、引力波探测器等观测设备的精度提升，有望通过宇宙学尺度的量子相干性测量，直接探测洛伦兹对称性破缺的微弱信号。
该研究得到了国家自然科学基金、湖北省楚天学者计划等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.140133
（审核 水涛，编辑 梁军）
