近日，海南大学物理与光电工程学院、理论物理研究中心曾化碧教授团队在国际顶级期刊《Nature Communications》上发表题为《Kibble-Zurek mechanism and beyond in a holographic superfluid disk》（全息超流圆盘中的Kibble-Zurek机制及其超越）的研究论文。该论文的第一作者为曾化碧教授指导的博士后夏传印，通讯作者为曾化碧教授、卢森堡大学的Andras Grabaitis博士及Adolfo del Campo教授。海南大学为论文的第一完成单位和第一通讯单位。

自1997年AdS/CFT对偶（即规范/引力对偶）提出以来，引力与量子场论之间的深刻联系成为理论物理的前沿热点。该对偶指出：一个高维黑洞时空中的引力理论，可以等价地描述其边界上低一维的强耦合量子场论。这一思想为非微扰处理强关联多体系统提供了全新的数学与物理工具——通过求解弱耦合的经典引力方程，即可研究边界上难以直接处理的强耦合量子多体系统的非平衡动力学，从而为研究相变动力学提供了一个从第一性原理出发的研究框架。所谓“第一性原理研究框架”，是指从最基本的物理定律出发，不依赖于经验参数或唯象假设，自洽地推导复杂物理现象的理论体系。在传统凝聚态物理中，研究强耦合量子多体系统的非平衡相变动力学往往需要引入近似截断、唯象阻尼项或经验噪声，难以精确描述临界区域的普适行为。而全息对偶则提供了一条截然不同且更为根本的路径：它将边界上难以直接处理的强耦合量子场论问题，等价地映射为高维时空中的经典引力理论。这一映射是严格且非微扰的——任何边界量子场论的非平衡过程（如温度淬火、缺陷形成）都对应着黑洞时空背景下一组确定的、从第一性原理导出的引力场方程。研究者只需求解这些引力方程，即可自动获得边界理论中相变动力学的全部信息，无需任何额外假设或可调参数。因此，全息方法不仅是计算工具，更是一个从基本物理定律出发、自洽地预言强耦合系统临界动力学的第一性原理研究框架。

本研究正是基于这一全息对偶框架，充分发挥其在处理强耦合、非平衡、非微扰问题中的独特优势，首次在圆盘几何中构建了二维有界强耦合超流系统，系统研究了跨越连续相变过程中的临界淬火动力学。当系统跨越连续相变时，会在有限时间内发生自发对称破缺，并产生拓扑缺陷（如涡旋）。著名的Kibble‑Zurek机制（KZM）预言了慢淬火过程中缺陷数与淬火时间之间的普适标度律。然而，传统KZM主要关注缺陷数的平均值，而对缺陷数的完整统计分布缺乏系统理解。

本研究在此方面取得了两项重要突破：

1.普适缺陷数统计分布的发现：研究团队发现，无论慢淬火还是快淬火，涡旋数的统计分布均可由泊松二项分布精确描述。通过与二项分布、高斯分布的对比，证明泊松二项分布才是描述缺陷数统计的真正普适分布。这一发现首次在全息框架下将KZM及其“超越”理论从均值推广到了全计数统计层面。

2.快速淬火下的标度律推广：研究进一步将曾化碧教授团队此前提出的快速淬火KZM理论（Phys. Rev. Lett. 130,060402）推广到了缺陷数的各阶累积量（均值、方差、偏度等），验证了在全息超流系统中，缺陷数统计的各阶累积量均满足普适标度行为。

本研究不仅为强耦合超流体的非平衡动力学提供了明确的理论预言，更反过来验证并深化了引力/规范对偶本身的理论能力。具体而言：首次在有界圆盘几何中实现了全息超流系统的临界淬火模拟，展示了全息方法在处理复杂边界条件和非均匀系统中的强大适应性；证明了全息对偶不仅在平衡态、线性响应区域有效，在强非平衡、大涨落的临界动力学区域同样能够给出精确、可检验的预言，进一步扩展了AdS/CMT（全息凝聚态物理）的应用边界；

为引力/规范对偶在非平衡统计物理中的普适性提供了新的有力证据，表明经典引力系统的计算能够揭示边界量子场论中高度非平庸的统计行为。

这些成果揭示了涡旋形成统计特性的普适性，为未来在超冷原子气、激子极化激元凝聚体、胶体单层膜等实验体系中检验缺陷统计规律提供了清晰、可量化的理论预言。论文中的标度律和分布形式可直接与实验数据对比，推动了全息理论与真实量子模拟器之间的深度融合。

期刊简介

《Nature Communications》是Nature Portfolio旗下的开放获取多学科期刊，创刊于2010年，致力于发表自然科学各领域具有重要进展的高质量研究成果，涵盖物理、化学、生命科学、地球科学、材料科学等。该期刊为中科院分区一区TOP期刊，最新影响因子为14.7。

研究支持：

该工作得到国家自然科学基金项目（12275233,12547103）的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-69940-w