素粒子論的手法によるトポロジカル励起の研究

• Project Area: Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
• Project/Area Number: 23103515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 新田 宗土 慶應義塾大学, 商学部, 准教授 (60433736)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2012: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2011: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: トポロジカル・ソリトン / 量子渦 / ドメイン壁 / タキオン凝縮 / 非可換統計 / 人工ゲージ場 / ボース・アインシュタイン凝縮 / ボゴリューボフ・ドジャン方程式 / トポロジカル励起 / マヨラナ・フェルミオン / カラー超伝導 / トポロジカル超伝導

Outline of Annual Research Achievements

３成分のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)において，渦の３分子構造を発見した。２成分のBECにおいて，ドメイン壁と反ドメイン壁の間に渦が橋渡ししていると，対消滅の後にボルトン，３次元スカーミオンが生成されることを示した。２成分のBECにおいて，ドメイン壁と反ドメイン壁の対消滅の後に渦輪が生成されることを示した。さらに、タキオンの有効理論を構成し，壁の対消滅後の時間発展を調べ，非平衡統計力学的性質を調べることで，渦の生成は壁の上のキンクの生成とみなせることを示した。
２成分のBECにおいて人工ゲージ場を導入すると，３次元のスカーミオンが基底状態
として安定に実現されることを示した。（結果はPhysical Review Letter誌の表紙になり、日刊工業新聞でも紹介された。）
スピノールBECにおける渦のコアの構造をトポロジーを用いて分類した。
ボゴリューボフ・ドジャン(BdG)方程式の解として，ギャップに関して，非線形シュレディンガー階層で分類し，フェルミオン解を一般的に構成した。さらに、BdG方程式の自己無頓着な解を無限遠方でギャップが一定になる境界条件の一般解を構成し，複数の複素キンクが任意の距離に存在し，量子化された位相を持っていることを示した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Self-consistent multiple complex-kink solutions in Bogoliubov-de Gennes and chiral Gross-Neveu systems (2013)
  • Author(s): Daisuke A. Takahashi, Muneto Nitta
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett Volume: 110 Issue: 13 Pages: 131601-131601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.131601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tachyon Condensation and Brane Annihilation in Bose-Einstein Condensates: Spontaneous Symmetry Breaking in Restricted Lower-Dimensional Subspace (2013)
  • Author(s): Hiromitsu Takeuchi, et al.
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: 171 Issue: 3-4 Pages: 443-454
  • DOI: 10.1007/s10909-012-0816-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dirac returns: Non-Abelian statistics of vortices with Dirac fermions (2012)
  • Author(s): Shigehiro Yasui, Kazunori Itakura, Muneto Nitta
  • Journal Title: Nucl.Phys. Volume: B859 Issue: 2 Pages: 261-268
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysb.2012.02.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vortex trimer in three-component Bose-Einstein condensates (2012)
  • Author(s): Minoru Eto, Muneto Nitta
  • Journal Title: Phys.Rev Volume: A85 Issue: 5 Pages: 53645-53645
  • DOI: 10.1103/physreva.85.053645
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-Abelian statistics of vortices with multiple Majorana fermions (2012)
  • Author(s): Yuji Hirono, Shigehiro Yasui, Kazunori Itakura, Muneto Nitta
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 86 Issue: 1 Pages: 14508-14508
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.014508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creating vortons and three-dimensional skyrmions from domain wall annihilation with stretched vorticesin Bose-Einstein condensates (2012)
  • Author(s): M. Nitta, K. Kasamatsu, M. Tsubota, and H. Takeuch
  • Journal Title: Physical Review A Volume: vol.85 Issue: 5 Pages: 53639-53639
  • DOI: 10.1103/physreva.85.053639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Topological classification of vortex-core structures of spin-1 Bose-Einstein condensates (2012)
  • Author(s): S. Kobayashi, Y. Kawaguchi, M. Nitta, M. Ueda
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 86 Issue: 2 Pages: 23612-23612
  • DOI: 10.1103/physreva.86.023612
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stable Skyrmions in SU(2) Gauged Bose-Einstein Condensates (2012)
  • Author(s): Takuto Kawakami, et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 109 Issue: 1 Pages: 15301-15301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.015301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tachyon condensation due to domain-wall annihilation in Bose-Einstein condensates (2012)
  • Author(s): H. Takeuchi, K. Kasamatsu, M. Tsubota, M. Nitta
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: vol.109 Issue: 24 Pages: 245301-245301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.245301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fermionic solutions of chiral Gross-Neveu and Bogoliubov-de Gennes systems in nonlinear Schrodinger hierarchy (2012)
  • Author(s): Daisuke A. Takahashi, Shunji Tsuchiya, Ryosuke Yoshii, Muneto Nitta
  • Journal Title: Phys.Lett. Volume: B718 Issue: 2 Pages: 632-637
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2012.10.058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Abe homotopy classification of topological excitations under the topological influence of vortices (2012)
  • Author(s): S. Kobayashi
  • Journal Title: Nucl. Phys. B Volume: 856 Issue: 2 Pages: 577-606
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysb.2011.11.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin imbalance effect on Larkin-Ovchinnikov-Fulde-Ferrel state (2011)
  • Author(s): Ryosuke Yoshii, Shunji Tsuchiya, Giacomo Marmorini, Muneto Nitta
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 2 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.024503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of half-quantized vortices in two-component Bose-Einstein condensates (2011)
  • Author(s): M.Eto, K.Kasamatsu, M.Nitta, H.Takeuchi, M.Tsubota
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 83 Issue: 6 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1103/physreva.83.063603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Index theorem and Majorana zero modes along a non-Abelian vortex in a color superconductor (2011)
  • Author(s): T.Fujiwara, T.Fukui, M.Nitta, S.Yasui
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 84 Issue: 7 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1103/physrevd.84.076002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 量子乱流中で再結合する渦糸の動画撮影 (2011)
  • Author(s): 新田宗土(翻訳)
  • Journal Title: パリティ Volume: 26 Pages: 40-43
  • NAID: 40018761706
• [Presentation] Creating Vortons and Knot Solitons via Domain Wall Pair Annihilation in BEC and Field Theory (2012)
  • Author(s): Muneto Nitta
  • Organizer: Quantized Flux in Tightly Knotted and Linked Systems
  • Place of Presentation: Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences, Cambridge, UK
  • Year and Date: 2012-12-03
  • Invited
• [Presentation] ボース凝縮体におけるDブレーンソリトンの構造 (2012)
  • Author(s): 笠松健一，竹内宏光，坪田誠，新田宗土
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] ボース・アインシュタイン凝縮におけるタキオン凝縮；空間的に局在した自発的対称性の破れ (2012)
  • Author(s): 竹内宏光，笠松健一，坪田誠，新田宗土
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] タキオン凝縮のトポロジー的側面：ドメイン壁対消滅によるボルトン生成 (2012)
  • Author(s): 新田宗土，笠松健一，坪田誠，竹内宏光
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] マヨラナの物性とトポロジカル計算：素粒子論の観点から (2012)
  • Author(s): 新田宗土
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大
  • Year and Date: 2012-09-18
  • Invited
• [Presentation] 量子渦の渦芯における内部自由度の幾何学的決定法およびスピノル・ボース凝縮への応用 (2012)
  • Author(s): 小林未知数，小林伸吾，新田宗土，川口由紀，上田正仁
  • Organizer: 日本物理学会 秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] Vortons and 3D skyrmions from domain wall pair annihilations in BECs (2012)
  • Author(s): Muneto Nitta
  • Organizer: QFS2012: International Conference on Quantum Fluids and Solids
  • Place of Presentation: Physics Department, Lancaster University, UK
  • Year and Date: 2012-08-15
• [Presentation] Solutions of bosonic and fermionic one-dimensional Bogoliubov-de Gennes equations: a unified treatment and generalizations (2012)
  • Author(s): Takahashi, D.A. and Muneto Nitta
  • Organizer: QFS2012: International Conference on Quantum Fluids and Solids
  • Place of Presentation: Physics Department, Lancaster University, UK
  • Year and Date: 2012-08-15
• [Presentation] カラー超伝導の非可換渦糸中におけるゼロモード (2012)
  • Author(s): 藤原高徳, 福井隆裕, 新田宗土, 安井繁宏
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] 人工ゲージ場中における,SU(2)対称性を持つBECのスカーミオンの安定性 (2012)
  • Author(s): 川上拓人, 水島健, 新田宗土, 町田一成
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 3成分BECにおける3分子渦 (2012)
  • Author(s): 新田宗土, 衛藤稔
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 非可積分1次元spin-1 BEC系におけるダークソリトン:分類と相互作用 (2012)
  • Author(s): 高橋大介, 新田宗土
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] スピノルBECにおける量子渦コア状態の分類 (2012)
  • Author(s): 小林伸吾, 川口由紀, 新田宗土, 上田正仁
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] Interaction of Vortices in BEC and QCD (2011)
  • Author(s): Muneto Nitta
  • Organizer: Maths-Physics Meeting around Bose Einstein condensates
  • Place of Presentation: Institut Henri Poincare (Paris, PVance)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-01
• [Presentation] 渦に局在した非アーベリアン・マヨラナ・フェルミオンによる新しい非可換統計 (2011)
  • Author(s): 新田宗土, 安井繁宏, 板倉数記
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] スピノルBECにおける渦芯構造の分析:群論によるアプローチ (2011)
  • Author(s): 小林伸吾, 川口由紀, 小林未知数, 新田宗土, 上田正仁
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 2成分ボース・アインシュタイン凝縮体における量子渦間の相互作用 (2011)
  • Author(s): 竹内宏光, 衛藤稔, 笠松健一, 新田宗土, 坪田誠
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] スピン2ネマティック凝縮体の物理 (2011)
  • Author(s): 内野瞬, 小林未知数, 新田宗土, 上田正仁
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 3成分超伝導における3分子渦 (2011)
  • Author(s): 新田宗土, 衛藤稔, 藤森俊明, 大橋圭介
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Quantum phase defects in the vacuum of Universe (2011)
  • Author(s): Muneto Nitta
  • Organizer: India-Japan international workshop "Super/Vacuum/Universe"
  • Place of Presentation: 東京理科大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-14