強結合冷却原子気体を用いた中性子星・核物質の定量的理論研究

• Project/Area Number: 17J03975
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kochi University (2019); Institute of Physical and Chemical Research (2017-2018)
• Principal Investigator: 田島 裕之 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 特任助教
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 中性子星 / 超流動 / 超伝導 / BCS-BECクロスオーバー / ポーラロン / 集団励起 / 冷却原子気体 / エフィモフ効果 / マルチバンド超伝導 / フェルミポーラロン / 非対称核物質

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、(1)非対称核物質の超伝導・超流動相転移温度に対する相互作用効果、(2)マルチバンド超流動・超伝導のBCS-BECクロスオーバー、(3)極低温原子気体の集団励起、(4)フェルミポーラロンの非平衡ダイナミクスの研究を行った。
(1)では、前年度に開発した4成分NSR理論を用い、中性子星内部の一様核物質を想定した密度領域においてS波中性子超流動およびS波陽子超伝導の相転移温度を計算し、陽子-中性子間の強い引力相互作用が両者にどのような影響を与えるかを調べた。前者に比べ、後者の陽子超伝導は陽子-中性子間引力により抑制されやすい傾向にあることがわかった。
(2)では、BCS-BECクロスオーバーが実現されている鉄系超伝導体を想定し、2バンド系において上バンドの引力が強い場合のBCS-BECクロスオーバーにおける超伝導揺らぎの効果を調べた。1粒子状態密度の計算も行い、その結果から擬ギャップがどのようにふるまうかも明らかにした。
(3)については、特にユニタリーフェルミ気体のスピンダイポール振動の解析を行った。Green関数法と局所密度近似を組み合わせた手法により、スピンダイポール振動数の実験結果の説明に成功した他、スピンダイポール振動から得られるBCS-BECクロスオーバーの相図を提案した。
(4)では、トラップ中でのポーラロンクラウド間の衝突のシミュレーションを行い、密度分布の時間発展などにポーララロンの縮退圧やポーラロン間相互作用の効果が現れることを示した。また、ポーラロンが量子ポイントコンタクトで結合している場合にスピン輸送に励起状態のポーラロンの情報が現れることを示した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] トレント大学/カメリーノ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of Camerino(イタリア)
• [Journal Article] Spin-dipole mode in a trapped Fermi gas near unitarity (2020)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki、Recati Alessio、Ohashi Yoji
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 101 Issue: 1 Pages: 013610-013610
  • DOI: 10.1103/physreva.101.013610
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pairing Fluctuations in a Two Band Superfluid/Superconductor: A T Matrix Approach (2020)
  • Author(s): Hiroyuki Tajima, Andrea Perali, and Pierbiagio Pieri
  • Journal Title: Condensed Matter Volume: 5 Issue: 1 Pages: 10-10
  • DOI: 10.3390/condmat5010010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BCS-BEC crossover in cold atomic and in nuclear systems (2020)
  • Author(s): Ohashi Yoji、Tajima Hiroyuki、van Wyk Pieter
  • Journal Title: Progress in Particle and Nuclear Physics Volume: 111 Pages: 103739-103739
  • DOI: 10.1016/j.ppnp.2019.103739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mesoscopic spin transport between strongly interacting Fermi gases (2020)
  • Author(s): Sekino Yuta, Tajima Hiroyuki, Uchino Shun
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Issue: 2 Pages: 023152-023152
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.023152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superfluid Phase Transitions and Effects of Thermal Pairing Fluctuations in Asymmetric Nuclear Matter (2019)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki、Hatsuda Tetsuo、van Wyk Pieter、Ohashi Yoji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 18477-18477
  • DOI: 10.1038/s41598-019-54010-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Many Fermi polarons at nonzero temperature (2018)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki、Uchino Shun
  • Journal Title: New Journal of Physics Volume: 20 Issue: 7 Pages: 073048-073048
  • DOI: 10.1088/1367-2630/aad1e7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multi-body Correlations in SU(3) Fermi Gases (2018)
  • Author(s): Tajima H.、Naidon P.
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: 印刷中 Issue: 1-2 Pages: 163-169
  • DOI: 10.1007/s10909-018-2104-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superfluid Fermi atomic gas as a quantum simulator for the study of the neutron-star equation of state in the low-density region (2018)
  • Author(s): Pieter van Wyk, Hiroyuki Tajima, Daisuke Inotani, Akira Ohnishi, and Yoji Ohashi
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 97 Issue: 1 Pages: 013601-013601
  • DOI: 10.1103/physreva.97.013601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strongly Interacting Multi-component Fermions: From Ultracold Atomic Fermi Gas to Asymmetric Nuclear Matter in Neutron Stars (2018)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki、Hatsuda Tetsuo、Ohashi Yoji
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 969 Pages: 012003-012003
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Precursor of superfluidity in a strongly interacting Fermi gas with negative effective range (2018)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 97 Issue: 4
  • DOI: 10.1103/physreva.97.043613
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin susceptibility and effects of a harmonic trap in the BCS-BEC crossover regime of an ultracold Fermi gas (2017)
  • Author(s): Hiroyuki Tajima, Ryo Hanai, and Yoji Ohashi
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 96 Issue: 3 Pages: 033614-033614
  • DOI: 10.1103/physreva.96.033614
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Colliding Polaronic Clouds Immersed in a Fermi Sea (2020)
  • Author(s): Hiroyuki Tajima, Junichi Takahashi, Eiji Nakano, and Kei Iida
  • Organizer: International Symposium on Clustering as a Window on the Hierarchical Structure of Quantum Systems (CLUSHIQ2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 強結合フェルミ原子気体におけるpre-formed Cooper-pair間に現れる2体、3体相互作用効果 (2020)
  • Author(s): 佐藤龍平, 鏡原大地, 真辺幸喜, 田島裕之, 猪谷太輔, 大橋洋士
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] 複素ランジュバン法の適用範囲とクーパー対凝縮の関係 (2020)
  • Author(s): 筒井翔一朗, 田島裕之, 土居孝寛
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] 複素ランジュバン法によるインバランスを持つ2成分フェルミ原子気体の相構造の研究 (2020)
  • Author(s): 土居孝寛, 田島裕之, 筒井翔一朗
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] 双極子相互作用する冷却フェルミガス中のポーラロン基底状態II (2020)
  • Author(s): 西村和也, 仲野英司, 飯田圭, 田島裕之, 宮川貴彦, 藪博之
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] Superconducting fluctuation effects in the multi-band BCS-BEC crossover (2020)
  • Author(s): 田島裕之, Yuriy Yerin, Andrea Perali, and Pierbiagio Pieri
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] フェルミ超流動の多体理論：冷却原子気体から中性子星へ (2019)
  • Author(s): 田島裕之, 初田哲男, Pieter van Wyk, 大橋洋士
  • Organizer: 理研iTHEMS-九大ジョイントワークショップ「数理が紡ぐ素粒子・原子核・宇宙」
  • Invited
• [Presentation] 強相関フェルミ粒子系の多体理論：冷却原子気体から非対称核物質へ (2019)
  • Author(s): 田島裕之, 初田哲男, Pieter van Wyk, 大橋洋士
  • Organizer: 2019年度四国地区理論物理学セミナー「原子核から超新星爆発の世界を探る」
• [Presentation] Superfluidity and pairing fluctuations: From ultracold Fermi atomic gas to asymmetric nuclear matter in a neutron star (2019)
  • Author(s): H. Tajima, P. van Wyk, T. Hatsuda, and Y. Ohashi
  • Organizer: The 2nd international Workshop on Quantum Many-Body Problems in Particle, Nuclear, and Atomic Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Superfluid phase transition and effects of pairing fluctuations in neutron star matter at subnuclear densities (2018)
  • Author(s): H. Tajima, T. Hatsuda, P. van Wyk, and Y. Ohashi
  • Organizer: Fifth Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-body correlations in SU(3) Fermi gases (2018)
  • Author(s): H. Tajima and P. Naidon
  • Organizer: International conference on Quantum Fluids and Solids (QFS2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 有限温度における多体フェルミポーラロン (2018)
  • Author(s): 田島裕之, 内野瞬
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] 強相関フェルミ原子気体の1粒子励起スペクトルに対する有効距離補正 (2018)
  • Author(s): 田島裕之
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Many Fermi polarons in a strongly interacting polarized mixture (2018)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki
  • Organizer: Group meeting and talks in BEC Center, University of Trento
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 冷却原子気体の強結合理論で探る非対称核物質の超流動相転移 (2018)
  • Author(s): 田島裕之、van Wyk Pieter、初田哲男、大橋洋士
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] 低密度非対称核物質の超流動相転移 (2018)
  • Author(s): 田島裕之、van Wyk Pieter、初田哲男、大橋洋士
  • Organizer: 新学術領域「中性子星核物質」理論班研究会
• [Presentation] 多成分フェルミ原子気体の強結合理論と非対称核物質への応用 (2017)
  • Author(s): 田島裕之、初田哲男、大橋洋士
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Strongly interacting multi-component fermions: From ultracold Fermi atomic gas to neutron star interior (2017)
  • Author(s): Tajima Hiroyuki、Hatsuda Tetsuo、Ohashi Yoji
  • Organizer: International conference on Low Temperature Physics (LT28)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 極低温フェルミ原子気体のBCS-BECクロスオーバーと強結合理論 (2017)
  • Author(s): 田島裕之
  • Organizer: 岡山大学 異分野基礎科学研究所量子宇宙研究コアセミナー
  • Invited
• [Presentation] ユニタリー極限近傍の超流動フェルミ原子気体の熱力学的性質に対する強結合補正 (2017)
  • Author(s): 田島裕之
  • Organizer: 東京工業大学 量子物理学・ナノサイエンス第208回セミナー
  • Invited
• [Presentation] 多成分フェルミ原子気体の強結合理論による非対称核物質の超流動相転移の解析 (2017)
  • Author(s): 田島裕之、van Wyk Pieter、初田哲男、大橋洋士
  • Organizer: 第6回「中性子星核物質」研究会
• [Remarks] Hiroyuki Tajima
  • URL: https://sites.google.com/view/hiroyukitajima/home