超流動体のモデルで解き明かす非平衡臨界現象

• Project/Area Number: 16K21345
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics; Atomic/Molecular/Quantum electronics
• Research Institution: Gakushuin University
• Principal Investigator: 高橋 雅裕 学習院大学, 理学部, 助教 (00613697)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 非平衡相転移 / 渦乱流 / 超流動 / 凝縮体 / 冷却原子 / 量子系 / 異方的浸透普遍クラス / 渦糸乱流 / 冷却原子気体 / 物性理論 / 量子乱流 / 量子渦 / スケーリング則

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、量子系での非平衡状態である、量子渦乱流状態について研究を行った。
平衡状態と比較して非平衡状態の研究はほとんど進んでいない。そんな中、量子渦乱流は、古典乱流にはない、渦の量子化が起こるため、渦を明確に定義し、乱流を解析するためのアドバンテージがあると言える。そのような違いが、古典乱流と量子乱流で異なる性質を示すのか、共通の性質を示すのか、といったことも含めて、本研究では数値解析を行ってきた。
特に注目したのは、渦乱流へ転移するときの非平衡相転移がどのようなメカニズムで、どのような普遍性を持って実現するか、ということである。本研究では、その非平衡相転移が、森林火災や伝染病のパンデミックのモデルで現れる異方的浸透現象の普遍クラスと同じものであることを突き止めた。量子系である冷却原子の実験系を定量的に再現する基礎方程式から、非平衡相転移の普遍クラスを示した例はこれが初めてである。
また、実験系の研究室との共同研究として、非平衡現象を理解するための、実験系を再現する数値シミュレーションを複数行い、実験の本質的理解に寄与した。

Research Products

• [Presentation] Universality class of transition to a vortex turbulence in quantum fluids (2017)
  • Author(s): Masahiro Takahashi, Michikazu Kobayashi, Kazumasa A. Takeuchi
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transition to a vortex turbulence in quantum fluids (2017)
  • Author(s): Masahiro Takahashi
  • Organizer: 新学術領域「ゆらぎと構造」第 4 回領域研究会
• [Presentation] ランダムポテンシャル中の Gross-Pitaevskii 方程式と非平衡現象 (2017)
  • Author(s): 高橋雅裕
  • Organizer: 新学術領域「ゆらぎと構造」第 2 回冷却原子研究会
• [Presentation] ランダムポテンシャル中の Gross-Pitaevskii 方程式と非平衡現象 (2017)
  • Author(s): 高橋雅裕
  • Organizer: 新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第 2 回冷却原子研究会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学杉本キャンパス (大阪府, 大阪市)
• [Presentation] 超流体で起こる非平衡現象の解析 (2016)
  • Author(s): 高橋雅裕
  • Organizer: 量子渦と非線形波動
  • Place of Presentation: 東京理科大学神楽坂キャンパス (東京都, 新宿区)
  • Year and Date: 2016-11-09
• [Presentation] Universality Class of Transition to Quantum Turbulence (2016)
  • Author(s): Masahiro Takahashi, Michikazu Kobayashi, Kazumasa A. Takeuchi
  • Organizer: STATPHYS26
  • Place of Presentation: Centre de Congres de Lyon (France, Lyon)
  • Year and Date: 2016-07-18
• [Presentation] Transition to Quantum Vortex Turbulence and Thermal Effects (2016)
  • Author(s): Masahiro Takahashi, Michikazu Kobayashi, Kazumasa A. Takeuchi
  • Organizer: NEQFluids2016: Classical and Quantum Fluids Out of Equilibrium
  • Place of Presentation: the Grand Hotel de Paris (France, Vallard de Lans)
  • Year and Date: 2016-07-13
• [Presentation] Universality Class of Quantum Vortex Turbulence Transition (2016)
  • Author(s): Masahiro Takahashi, Michikazu Kobayashi, Kazumasa A. Takeuchi
  • Organizer: ゆらぎと構造の協奏 第 3 回領域研究会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス (福岡県, 福岡市)
  • Year and Date: 2016-06-17