2017 Fiscal Year Research-status Report
非一様系におけるゼロモード量子揺らぎの定式化と冷却原子系及び原子核への応用
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16K05488
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
山中 由也 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10174757)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 場の量子論 / ゼロモード / アルファクラスター模型 / 自発的対称性の破れ / 冷却原子系 / 非平衡過程 / Dicke模型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有限サイズ非一様系での自発的対称性の破れとそれに伴うゼロモードの量子揺らぎに由来する物理的効果を解明する理論研究で、平成29年度には以下のような成果を得た。
上述の効果が顕著な系としては、原子核のアルフ粒子凝縮系が挙げられる。平成28年度にはHoyle状態を含む12Cに対する論文を発表したが、さらに研究を洗練させた上で、より多くのアルファ粒子を含む16Oから52Feまでの原子核を対象に研究を行った。ゼロモード由来の離散的準位がアルファ粒子数に依らず、ほぼ同じように出現するということを明らかにした。現在学術雑誌投稿用論文作成の最終段階に至っている。
研究計画後半に述べたように秩序変数が時間依存しながら起こる非平衡相転移過程の記述は大きな目標であるが、その前段階として相転移を伴わない非一様系で非平衡過程を記述する場の量子論で量子輸送方程式の導出が課題として残っていた。今般、非平衡Thermo Filed Dynamicsで計算される自己エネルギーに対して適切な繰り込み条件を見出し、量子輸送方程式を導出することに成功した。成果は学術論文に纏めて発表した（Int.J.Mod.Phys B32, 1850111）。
自発的に破れる対称性が連続的ではなく離散的であるためゼロモードは出現しないが、熱力学的極限で量子相転移を示すDicke模型を扱った。Dicke模型で記述できる冷却原子系の実験で、有限個の系でもあるにも拘らず対称性が自発的に破れた超放射相が観測されている事実がある。有限個の系で何故自発的対称性の破れが実現するのは自明でない。我々は、有限個の系で超放射相が実現されるのは対象系から光子が散逸するという系の開放性にあることを理論的に明らかにした。その成果を学会発表したが、さらにまとめた学術論文を現在学術雑誌に投稿中である。
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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
原子核への応用は順調に進展したが、冷却原子系のゼロモードの研究課題には取り組めなかった。平成29年度には研究室所属の博士後期課程以上の若手研究者がたまたま1名ということもあって、研究課題を絞らざるをえなかったためである。一方で、ゼロモードは関与しないが、有限系での自発的離散的対称性の破れに関して新たな研究課題を遂行できた。また、非一様系における量子輸送方程式の導出が計画より早く目途がついた。総合的に、おおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に挙げたように、ゼロモードの物理的効果解明が期待される(1) 原子核アルファクラスター模型と(2) 冷却ボース原子系を引き続き研究対象とする。さらに、研究計画にも書いたように、(3) 非一様冷却フェルミ原子系での原子対凝縮の定式化も推進する予定である。既に初期段階の研究として、空間座標に依存する秩序変数を決定するギャップ方程式を粗い近似で導出して、数値的に解いている。また、研究計画には含まれていなかったが、平成29年度から取り組んだ(4) 開いた有限系での離散的対称性の自発的破れの問題を、自発的対称性の破れをより深く解明する観点から、研究課題として推進する予定である。
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| Causes of Carryover |
（理由） 平成29年度も国内出張の支出は多かったが、海外出張旅費を支出しなかったことで平成28年度の残額がほぼそのまま残ったためである。
（使用計画）平成30年度は、国内旅費に加えて、国際会議のための海外出張（5月にUSAと7月にスペイン）に使用する計画である。
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