フェルミの「黄金律」を利用する新しい理論設計を提案(’Check your ingredients’: A new blueprint for using Fermi’s ‘Golden Rule’)

2026-07-09 イェール大学

イェール大学の研究チームは、量子力学の基本原理であるフェルミの黄金律(Fermi’s Golden Rule)を応用し、化学反応や材料設計をより効率的に予測・制御するための新たな理論的枠組みを提案した。従来は複雑な分子や材料における電子遷移やエネルギー移動を高精度で解析するには膨大な計算が必要だったが、新手法では化学反応を「レシピ(材料・配合)」として捉え、反応に寄与する重要な構成要素を抽出することで、計算効率と予測精度の向上を実現した。この枠組みは、触媒設計や新材料開発、エネルギー変換材料、光機能材料など幅広い分野への応用が期待される。また、反応メカニズムの理解を深めるだけでなく、AIによる材料探索と組み合わせることで、目的の特性を持つ物質を迅速に設計する基盤技術となる可能性がある。研究成果は、化学・材料科学におけるデータ駆動型研究の高度化に貢献すると期待されている。

<関連情報>

量子多体システムにおけるフェルミの黄金律の出現 Emergence of Fermi’s golden rule in a quantum many-body system

Jianyi Chen,Songtao Huang,Yunpeng Ji,Grant L. Schumacher,Alan Tsidilkovski,Alexander Schuckert,Gabriel G. T. Assumpção & Nir Navon
Nature Physics  Published:09 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-026-03316-1

フェルミの「黄金律」を利用する新しい理論設計を提案(’Check your ingredients’: A new blueprint for using Fermi’s ‘Golden Rule’)

Abstract

Fermi’s golden rule links certain measurable observables—such as transition rates—to fundamental microscopic properties such as the density of states or spectral functions. Understanding the regime of validity of Fermi’s golden rule is critical for the proper interpretation of spectroscopic experiments. Although its assumptions are straightforward in simple models, assessing their validity in quantum many-body systems remains difficult. Here we demonstrate the emergence and breakdown of Fermi’s golden rule in a strongly interacting homogeneous spin-1/2 Fermi gas coupled to a radio-frequency field. By measuring the transition probability into an outcoupled internal state, we map the system’s dynamical response diagram as a function of pulse duration t and probe coupling strength. For weak drives, we identify an early time regime where the transition probability takes off as t2, an intermediate-time regime consistent with Fermi’s golden rule regime and a long-time non-perturbative regime. Beyond a threshold coupling strength, Rabi oscillations appear. Our results provide a blueprint for the applicability of linear response theory to the spectroscopy of quantum many-body systems.

1701物理及び化学未分類
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