2017 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 / リングトラップ / ３体ロス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はアメリカのNISTの実験グループが発表したリングトラップ中のボースアインシュタイン凝縮体の超流動流の減衰に関する実験の理論解析を行なった。この実験で彼らはwinding number1の超流動流状態を用意し、その時間発展を観測することで超流動流の寿命の測定を行なった。その結果、超流動流の寿命の温度依存性が明らかになった。しかし、この超流動流の減衰機構については彼らの解析では明らかにすることができなかった。
本研究では、まず有限温度の超流動減衰機構で典型的なものとして知られている熱的活性化による位相すべりが起きると仮定した計算をGross-Pitaevskii方程式、Bogoliubov方程式、およびKramers公式を用いて行なった。その結果、寿命が実験の時間スケールに比べてはるかに大きいという計算結果を得た。これは、NISTの実験では熱的活性化による位相すべりは起きていないことを意味する。そこで、別の可能性として、３体ロスが誘起する超流動流の減衰の提案を行なった。３体ロスを現象論的に取り込んだGross-Pitaevskii方程式の時間発展の計算により、実験で観測された減衰の時間スケールの数倍程度の時間で超流動流が減衰し得ることを理論的に示した。この計算には有限温度効果は含まれていないため、実際の実験では有限温度効果と３体ロスの両者が効いて減衰が起きた可能性を提案した。この結果は実験で不明だった減衰機構を定量的な計算をもとに明らかにしたという点、そして新たな減衰機構を提案できたという点において重要性が高いと考えられる。
本研究の結果は現在論文投稿中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の中心課題であるリングトラップ中の超流動流の減衰についての定量的な計算を行えた。実験で観測された減衰は熱的活性化による位相すべりが原因ではなかったものの、３体ロス誘起の超流動流の減衰という新しい機構を提案できた。以上の点から順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、昨年度行なった１次元光格子中の超流動中の減衰について、特に超流動速度が大きい領域についての計算をTruncated-Wigner近似(TWA)に基づいて計算を行う。TWAは以前用いたKramers公式が有効でない領域においても超流動流の減衰を記述できる可能性がある。しかし、その定量性は不明である。今後はTWAの定量性の検証を行いつつ、有限温度の超流動流の減衰に関する研究を進めて行く予定である。
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