2016 Fiscal Year Annual Research Report
Decay of superflow via thermal phase slips in cold atomic gases
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16J07240
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
國見 昌哉 京都大学, 基礎物理学研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 冷却原子気体 / ボースアインシュタイン凝縮 / 超流動 / 位相すべり / 光格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はイタリアのLENSグループの実験をきっかけにした１次元光格子中のボース気体の熱的活性化による位相すべりの研究を行った。実験グループは１次元光格子中のボース気体を生成し、トラップポテンシャルを急に動かすことで二重極振動を誘起し、その減衰の様子を観測した。二重極振動の減衰からは超流動流の減衰機構の一つである位相すべりの情報を引き出せることが理論的に示されている。とくに、二重極振動の減衰率のパラメータ依存性に減衰機構の違いが反映される。このことを用いて、彼らは観測結果から量子的な位相すべりを実験的に観測したと主張した。しかし、彼らの解析では熱的活性化による位相すべりの可能性を考慮しておらず、本当に量子的な位相すべりが起きたかどうかは明らかではなかった。
本研究では、LENSグループの実験のパラメータを用い、熱的活性化による位相すべりだけを仮定し、二重極振動の減衰率をGross-Pitaevskii方程式、Bogoliubov方程式、およびKramers公式を用いて計算し、実験結果と比較した。計算結果は実験とほぼ定量的に一致した。これらの結果から、LENSグループの実験では量子的な位相すべりではなく、熱的な位相すべりを観測したものであるという結論を得た。
本研究結果は冷却原子系で初めて熱的活性化による位相すべりの定量的な計算が成功した例である。超流動流の減衰の定量的な予言は一般に難しいため、この成功は超流動の研究にとって意義があると言える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は当初予定していた、リングトラップ中の超流動流の減衰の研究よりも先に2016年初めに発表されたLENSグループの実験結果の解析に取り組んだ。これは、リングトラップ系の数値計算コストを見積もったところ、計算コストが大きく、数値計算がすぐには難しいことがわかったためである。そのため先に、より計算が簡単でかつ興味深い実験結果が報告された１次元系の研究を行い、感覚をつかんだ上でリングトラップ系の研究に移ることとなった。この変更に伴い、28年度の研究費を繰り越すこととなった。
研究実績の概要で述べたように１次元の理論計算は実験を定量的に再現している。これは当初予期していなかった成果である。また、当初予定していたリングトラップ系の計算も開始できた。以上より本研究課題は当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
また、2017年にアメリカのNISTのグループによりリングトラップ中の超流動流の減衰に関連する実験が報告された。この実験では、超流動流の寿命が温度依存性が報告されたが、その減衰の起源については結論付けていなかった。
今後の研究では、このNISTグループの実験を熱的活性化による位相すべりを仮定した計算を行い、観測された減衰の起源を明らかにする予定である。
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