Introduction.—Experiments combining

Introduction.—Experiments combining cold atomic gases with cavity quantum electrodynamics have led to pivotal developments in matter-light interaction. The use of Bose-Einstein condensates (BECs) allows precise control over the collective matter-light coupling, and permits access to the strong coupling regime [1,2]. This may be exploited for spectroscopy of many body systems [3–5], and to induce light-mediated interactions. Early theoretical work predicted that atoms in a cavity undergo self-organization when pumped transversely [6–8]. This was confirmed by experiments on thermal clouds and recently on a BEC [9–11]. The latter also established equivalence to the superradiance transition in an effective Dicke model [12–17]. The recent advances in optical cavities open the door to nonequilibrium and strongly correlated matter-light phenomena, including driven-dissipative phase transitions [18,19], Mott insulator transitions in self-organized lattices [20,21], cavity optomechanics [22], and bistability in ring cavities [23]. They also provide a platform on which to explore frustrated spin models and glassy behavior in multimode cavities [24–28]. For a review, see Ref. [29].
The experimental realization of superradiance in BECs raises many questions regarding the possible behavior of fermions in cavities. Recent investigations have considered longitudinal pumping [30,31], cavity mediated pairing [32], and synthetic gauge fields [33]. For earlier work
on the complementary phenomenon of free-space superradiance and collective atomic recoil lasing using ultracold fermions, see Refs. [34–36]. In this Letter we focus on the closest extension of recent experiments [10,11] by coupling spinless fermions to a single mode of a transversely
pumped cavity. In contrast to dynamical superradiance in free space, steady-state superradiance may exist. At high temperatures, where both fermions and bosons exhibit Maxwell-Boltzmann statistics, it is evident that fermions will exhibit a superradiance transition, as observed for
thermal bosons [9]. However, at low temperatures the Bose and Fermi gases are expected to behave differently and numerous questions arise. Does the self-organization transition survive for degenerate fermions? How does commensurability between the Fermi wave vector and the
self-consistent optical lattice affect self-organization? Do new phases exist, and what characterizes the transitions?

Results (Russian) 1:

Введение. — эксперименты, сочетание холодного атомарных газов с полостью квантовой электродинамики привели к ключевых событий взаимодействия материи света. Использование конденсаты Бозе-Эйнштейна (ящики) обеспечивает точный контроль над коллективной материи свет сцепления и разрешает доступ к режиму сильного сцепления [1,2]. Это может быть использована для спектроскопии многих систем организма [3-5] и вызвать свет опосредованного взаимодействия. Ранние теоретические работы предсказал, что атомы в полости подвергаются самоорганизации когда заправлено трансверсально [6-8]. Это было подтверждено экспериментами на тепловых облаков и недавно BEC [9-11]. Последний также создал эквивалентности для перехода Сверхизлучение в эффективной модели Дикке [12-17]. Последние достижения в оптических полостях открыть дверь неравновесных и сильно коррелированных материи света явлений, включая driven диссипативного фазовых переходов [18,19], Мотта диэлектрик переходы самостоятельно организованных решетки [20,21], полость optomechanics [22] и бистабильность в кольцевых резонаторов [23]. Они также предоставляют платформу для изучения Разочарованный спин модели и стекловидный поведение в многомодовых полости [24-28]. Обзор см. ссылка [29].Экспериментальная реализация Сверхизлучение в отставания поднимает много вопросов относительно возможного поведения фермионы в полости. Недавние исследования рассмотрены продольной накачки [30,31], полость опосредованной спаривания [32] и синтетических калибровочных полей [33]. Для более ранних работна дополнительных явлении Сверхизлучение свободного пространства и коллективной отдачи атомной генерации с использованием ультрахолодных фермионы см. Библиогр. [34 – 36]. В этом письме мы ориентируемся на ближайшее расширение недавних экспериментов [10,11] путем соединения бесспиновых фермионы один режим поперечнозакачиваются полость. В отличие от динамических Сверхизлучение в свободном пространстве могут существовать Сверхизлучение устойчивого состояния. При высоких температурах, где фермионов и бозонов выставки Статистика Максвелла-Больцмана, очевидно, что фермионы будет экспонат Сверхизлучение переход, как дляТепловая бозоны [9]. Однако при низких температурах Bose и Ферми газы, как ожидается, ведут себя по-разному, и возникают многочисленные вопросы. Переход самоорганизации выжить для вырожденных фермионы? Каким образом соизмеримость между вектором волны Ферми исамосогласованное оптической решетки влияют на самоорганизации? Существуют ли новые фазы, и что характеризует переходы?

Results (Russian) 2:

Introduction.-эксперименты , сочетающие холодных атомных газов с полостью квантовой электродинамики привели к главнейших событий во взаимодействии материи света. Использование конденсатов Бозе-Эйнштейна (БЭК) позволяет точно контролировать коллективной материи света связью, и обеспечивает доступ к режиму сильной связи [1,2]. Это может быть использовано для спектроскопии многих систем организма [3-5], и , чтобы вызвать легкие опосредованную взаимодействий. Ранние теоретические работы предсказал , что атомы в полости подвергаются самоорганизацию при накачке в поперечном направлении [6-8]. Это было подтверждено экспериментами на тепловых облаках и в последнее время на БЭК [9-11]. Последнее также установил эквивалентность перехода сверхизлучательного в эффективной модели Дике [12-17]. Последние достижения в области оптических резонаторов открыть дверь в неравновесной и сильно коррелируют материи света явления, в том числе приводом -диссипативный фазовых переходов [18,19], Мотта диэлектрик в самоорганизованных решеток [20,21], optomechanics полости [22] и бистабильность в кольцевых резонаторов [23]. Они также предоставляют платформу для изучения моделей разочарованных спин и стекловидный поведение в многомодовых полостях [24-28]. Для обзора, см. [29].
Экспериментальная реализация сверхлюминесценции в БЭК вызывает много вопросов относительно возможного поведения фермионов в полостях. Недавние исследования рассматривали продольной накачки [30,31], полость опосредованной спаривание [32], а также синтетические калибровочных полей [33]. Для получения более ранней работы
по дополнительному явлению свободного пространства сверхлюминесценции и коллективного атомного отдаче генерации с использованием ультрахолодных фермионы см. Работы [34-36]. В этом письме мы ориентируемся на ближайшем продолжении недавних экспериментов [10,11] путем связывания бесспиновых фермионов с одной модой поперечно
перекачиваемой полости. В отличие от динамической сверхлюминесценции в свободном пространстве, установившееся сверхизлучение может существовать. При высоких температурах, где оба фермионы и бозоны демонстрируют статистику Максвелла-Больцмана, то очевидно , что фермионы будет демонстрировать переход сверхизлучения, как это наблюдается для
тепловых бозонов [9]. Однако при низких температурах бозе - газов и Ферми , как ожидается , вести себя по- разному и возникают многочисленные вопросы. Выживают ли самоорганизацию переход для вырожденных фермионов? Как соразмерность между волновым вектором Ферми и
самосогласованной оптической решетки влияют на самоорганизацию? Существуют ли новые фазы, а также то , что характеризует переходы?