无论自然界还是人类社会，都普遍存在着复杂系统，如气候系统、生态系统、网络系统等，由于涉及众多相互作用的要素，复杂系统可以处于多种不同的状态，其整体行为一般表现出随机性和高度无序性。

一维瑞利散射系统中的复制对称性破缺理论与验证

太阳辐射、地形、洋流等因素之间复杂的相互作用，使气候系统呈现出晴、多云、下雨等各种状态。这些因素的动态变化和相互影响，使气候行为具有很大的不确定性，难以准确预测。

例如，风暴的形成和路径会受到海温、风速和大气压力等多种因素的影响，从而具有很大的随机性和不可预测性。

揭示复杂体系行为背后的规律一直是国内外学者研究的热点，磁自旋玻璃体系于20世纪70年代初被发现，成为一些复杂体系的范式，为描述和预测复杂体系的行为提供了重要的理论框架、实验和数值模拟平台。

乔治奥·帕里西(GiorgioParisi)提出了磁自旋玻璃系统中复制对称破缺的概念，发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动的相互作用，揭示了复杂系统中隐藏的对称性，并因此获得了2021年诺贝尔物理学奖。

在此背景下，随机激光器由于其独特的反馈和增益机制，表现出与具有大量自旋的自旋玻璃系统类似的复杂动力学，从而成为探索自旋玻璃理论的关键组成部分。

研究人员已经在多种随机激光器中观察到了光学玻璃相变现象，当前利用随机激光器进行光子相变的探索引起了人们的广泛关注。

在《光：科学与应用》杂志发表的一篇新论文中，由电子科技大学王子南教授、伯南布哥联邦大学AndersonSLGomes教授和ErnestoP.Raposo教授领导的科学家团队及其同事通过建立瑞利散射相变模型，研究了一维瑞利散射系统中光子相变的潜在机制。

他们成功地在数值研究和实验现象之间建立了全面的联系，揭示了此类系统中控制光子相变的独特规律。

研究人员对光子相变进行了理论预测。他们提出，这种随机光纤激光器的输出特性在很大程度上取决于光纤内瑞利散射的特性。

通过使用专有技术的相位敏感光时域反射仪(phi-OTDR)对光纤中瑞利散射的相位波动进行精确分析，针对具有瑞利散射机制的随机光纤激光器中的复制对称性破坏现象提出了瑞利散射相位变化模型。

对随机光纤激光器中光子相变的边界参数进行了理论预测，为理解光子相变的内在机制开辟了新的途径。

研究人员还强调了光子相变的普遍机制。他们发现，具有瑞利散射机制的随机光纤激光器中的光子相位变化与磁自旋玻璃相中自旋之间相互作用中温度和无序的作用类似。

当散射单元的相位涨落保持稳定时，随着系统能量图景的变化，光子相变会发生。然而，外界因素引起的散射单元相位涨落会破坏不同模式之间的相互作用，从而阻止光子相变的发生。

这项工作朝着揭示不同复杂系统中普遍的相变机制迈出了坚实的一步。

该工作基于所提出的模型和高精度光谱检测，从理论上预测并实验观察到了基于瑞利散射的随机光纤激光器中独特的相变现象——模式不对称。

这一发现扩展了目前对光子相变的理解，为复杂系统的内在机制提供了新的视角。

具体而言，该工作通过探索光子相变与随机光纤激光器中不同模式演化的内在联系，证明了在独特的反馈和增益机制的影响下，不同模式表现出不同的非线性相互作用状态。

基于相干瑞利反馈的模式(表现为光谱中随机分布的峰值)会经历强非线性相互作用，导致亚稳态，从而经历光子顺磁到自旋玻璃的相变;而基于非相干瑞利反馈且没有非线性相互作用的模式则保持顺磁状态。

这项工作通过理论、模拟和实验全面探索了光子相变的独特基本原理，提供了充分的证据，证明基于瑞利散射的随机光纤激光器是预测、观察和控制光子相变的理想平台。

展望未来，该成果对于材料科学、神经网络、量子信息等复杂系统的研究具有重要的参考价值，并将推动随机光纤激光器在高功率激光装置等关键领域的应用。