2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K05504
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
二国 徹郎 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (50360160)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Bose凝縮体 / 集団励起 / 非線形効果 / Fermi超流動体 / Higgsモード / Bogoliubov-de Genne方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 近年、トラップされたBose凝縮体において外部パラメータひとつのみを時間的に変化させることで複数の集団励起を同時に誘起し、モードの間の非線形結合現象を観測した実験結果が報告された。 この現象を理解するために、本研究では凝縮体の運動を記述するGross- Pitaevskii（GP） 方程式を用いた理論解析を行った。まずGP方程式の数値シミュレーションを行い複数モードの同時励起がトラップポテンシャルの弱い異方性に起因することを確認した。また、モード間の非線形結合が生じることも確認した。この非線形効果のメカニズムを理解するために、摂動論を用いた理論解析を行った。この手法では平衡状態からの揺らぎについて線形化された方程式の解を無摂動解として、非線形項（揺らぎの２次以上の項）を摂動的に扱うことにより集団励起間のモード結合の効果を取り入れることができる。この解析によって、特定のモード間に非線形結合が起こることを明らかにし、実験および数値シミュレーションにおいて観測された非線形効果を理解することに成功した。
2. BCS-BECクロスオーバー領域におけるFermi原子超流動気体の集団モードの研究において、超流動秩序変数の振幅が振動するモード（Higgsモード）が注目を集めている。実験的にHiggsモードを観測する方法として、S波散乱長をFeshbach共鳴で時間変化させる方法が提案されている。この手法の有効性を検証するために，時間依存 Bogoliubov-de Genne 方程式を用いてFermi超流動気体の動的シミュレーションを行い、Higgsモードの固有振動数や減衰の振舞を調べた。特に、一様系において理論的に予言されていたべき的減衰がトラップ系でも起こることを確認し、BCS的な超流動状態からBEC的な超流動状態への移行に伴いべきの指数が連続的に変化することを見出した。
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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
上述のようにBose凝縮気体およびFermi超流動気体についてそれぞれ研究成果を得ている。いずれの研究成果についても日本物理学会および国際会議で発表し，論文として欧文誌に出版した。以上より研究はおおむね順調に進展したいると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Bose凝縮気体においては、これまでは純粋な凝縮体のダイナミクスを扱ってきた。今後は、熱的に励起された非凝縮気体の動的効果を取り入れた研究を行う。例えば、有限の超流動流が存在する場合における超流動状態の動的安定性や、量子渦格子形成における非凝縮体の動的な役割を調べる。
Fermi超流動気体においては、これまで数値シュミレーションを主に行ってきたが、今後の研究では解析的な手法によりHiggsモードの振動数および減衰の振舞の詳細な理解を目指す。また、平均場近似を超えた解析を行い、BCS-BECクロスオーバー領域においてFermi粒子対の揺らぎ（凝縮していない粒子対）が動的性質、例えば動的構造因子ににどのような効果を及ぼすか、という点に着目し研究を行う。
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| Causes of Carryover |
数値計算用の計算機が当初想定していた価格よりも高額になってしまっていたため、購入後の予算が少なくなり学会旅費等に使用するには不足であった。少額の消耗品を購入するよりは次年度の助成金と合わせた方が有効に使用できると判断し、次年度の使用とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の助成金と合わせて、国内学会旅費として使用することを計画している。
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