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《自然·通讯》（Nature Communications）上发表研究论文，利用引力全息对偶（AdS/CFT对偶）系统研究了强耦合超流体跨越相变时的缺陷形成动力学，将著名的Kibble-Zurek机制（KZM）及其“超越”理论从平均值层面全面推广至全计数统计层面。该成果以《Kibble-Zurek mechanism and beyond in a holographic superfluid disk》为题发表。

当以一定的淬火速度穿越相变点时，系统将进入自发对称破缺态并产生大量拓扑缺陷——如超流体中的涡旋。这一现象自上世纪80年代以来由Kibble‑Zurek机制描述，其核心预言是：慢速淬火下，缺陷数量的平均值与淬火时间呈普适幂律关系。然而，当淬火速度足够快时，原始KZM的标度律将失效，缺陷密度进入饱和“平台区”。曾化碧团队此前已在《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 130, 060402）上提出了快速淬火下的新普适幂律关系，但更深层的问题悬而未决：快速淬火下缺陷数是否仍遵循普适的统计分布？ 这种普适性能否延伸到方差、偏度等高阶累积量？在强耦合、有边界效应的二维真实系统中，这些规律是否依然成立？

为回答这些难题，团队采用了AdS/CFT对偶这一“第一性原理”的理论框架作为“模拟实验平台”。引力全息对偶等价于将边界上难以求解的强耦合量子场论问题映射到高维黑洞时空中可精确计算的经典引力问题。研究团队首次在圆盘几何中构建了具有开放边界的二维强耦合超流系统（图1），并开展了多达50万次的大规模数值模拟，系统跟踪了涡旋从成核、演化到最终统计的全过程，取得了以下成果：1. 全统计分布的普适性。 研究发现，无论慢淬火还是快淬火，涡旋数的概率分布均精确服从泊松二项分布，而非传统假设的二项分布或高斯分布。这一发现首次将KZM及其“超越”理论从均值层面提升至全计数统计层面，为缺陷形成提供了更完整的概率描述。2. 各阶累积量的标度推广。团队证实，在快速淬火区，缺陷数的均值、方差、偏度等各阶累积量均满足统一的普适幂律关系，且幂律指数与理论预言高度一致，从而将快速淬火区的新幂律关系成功推广至累积量的全部阶次。

图 1 热淬火后全息超流盘中所形成的涡旋与反涡旋。

（a）平均序参量随时间的增长；（b、c） 分别为相变准平衡阶段局域序参量绝对值、和相位的空间分布图。矩形虚线框内为正涡旋或者反涡旋，圆形虚线框内为正在湮灭的涡旋对。

该成果不仅为强耦合超流体的非平衡动力学提供了清晰而完整的理论预言，也反过来验证了引力全息对偶在强非平衡、大涨落临界区域的强大描述能力——表明经典引力计算能够揭示边界量子场论中普适的统计规律。更重要的是，论文给出的幂律关系和分布形式可直接在超冷原子气体、激子极化激元凝聚体等真实量子模拟实验中验证，为全息理论与量子模拟实验的对比提供了可量化的“试金石”。该工作也为未来在更多体系（如量子液体光、胶体单层膜）中检验缺陷统计的普适性指明了方向。

该论文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Andras Grabaitis博士及Adolfo del Campo教授。海南大学为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金项目（12275233, 12547103）资助。

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