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2008 Fiscal Year Annual Research Report

中性原子ボース・アインシュタイン凝縮現象の熱場の量子論に基づく定式化

Research Project

Project/Area Number 17540364
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

山中 由也  Waseda University, 理工学術院, 教授 (10174757)

Keywords場の量子論 / 物性基礎論 / ボーズ・アインシュタイン凝縮 / 数理物理
Research Abstract

磁気トラップ中の中性原子Bose-Einstein凝縮(BEC)系を熱場の量子論の立場から定式化し、様々な実験との比較を通して、特に非平衡系に対する形式を検証することを本研究の目的とした。また、前年度に引き続き、中性原子BEC系の不安定性を与える複素モードを取り入れた解析を行った。特に、高次量子渦をもつBEC系に着目し、解析的な取り扱いをすることで、渦崩壊の機構を明らかにすることを目指した。
実時間正準形式の熱場の理論であるThermo Field Dynamics (TFD)をこの系に適用した。まずは凝縮体がない場合における非平衡系定式化、次にその結果を踏まえて、秩序パラメーターが時間に依存しない範囲内で凝縮体がある場合の非平衡状態系定式化を行った。いずれの場合も場の量子論の立場からの繰り込み条件を課すことによって、量子Boltzmann方程式を導出できたことが重要な結果である。今回の計算は摂動の低次の計算であるが、原理的には高次補正を受けた量子Boltzmann方程式の可能となっている。凝縮体がない場合に導かれた量子Boltzmann方程式に基づく数値シミュレーションは、これまでの理論と無矛盾な結果を与えている。凝縮体のある場合では、原子ではなく準粒子が量子Boltzmann方程式である点が重要で、秩序パラメーターに時間依存性を取り入れることは今後の課題とした。
また、高次量子渦をもったBECの不安定性については、凝縮相の時間発展方程式に対し、摂動論に基づく解析的計算を遂行した。その際、他の研究では無視されてしまうゼロモードを、関数系の完全性には本質的としてな取り入れた点が本研究の特徴である。高次量子渦をもつBEC系に対する粒子分布の時間発展方程式を解析的に解くことによって、渦の崩壊過程にゼロモードが大きく効果することを示せた。

  • Research Products

    (10 results)

All 2009 2008

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] 高次量子渦をもったBECの動的不安定性の場の理論的記述と状態表現の吟味2009

    • Author(s)
      須永知夏, 峰真如. 三竿和也, 山中由也
    • Journal Title

      素粒子論研究 116

      Pages: F72-F74

  • [Journal Article] Nonequilibrium TFD for systems of trapped cold atoms2009

    • Author(s)
      山中由也, 奥村雅彦, 峰真如, 須永知夏, 中村祐介
    • Journal Title

      素粒子論研究 116

      Pages: F75-F77

  • [Journal Article] Quantum field theoretical analysis on unstable behavior of Bose-Einstein condensates in optical lattic es2008

    • Author(s)
      K. Kobayashi, M. Mine, M. Okumura, Y. Yamanaka
    • Journal Title

      Ann. Phys. 323

      Pages: 1247-1270

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Condition for Emergence of Complex Eigenvalues in the Bogoliubov-de Gennes Equations2008

    • Author(s)
      Y. Nakamura, M. Mine, M. Okumura, Y. Yamanaka
    • Journal Title

      Phys. Rev. A 77

      Pages: 043601-16

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非平衡Thermo Field Dynamicsに基づく冷却原子気体系の量子Boltzmann方程式2009

    • Author(s)
      中村祐介, 須永知夏, 峰真如, 奥村雅彦, 山中由也
    • Organizer
      日本物理学会2009年年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-29
  • [Presentation] 高次量子渦を持つ2成分BECにおける動的不安定性2009

    • Author(s)
      竹井郁夫, 峰真如, 小林恵太, 須永知夏, 山中由也
    • Organizer
      日本物理学会2009年年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-28
  • [Presentation] ボーズ凝縮体における高次量子渦崩壊の解析的記述2008

    • Author(s)
      小林恵太, 中村祐介, 峰真如, 山中由也
    • Organizer
      日本物理学会2008年秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-21
  • [Presentation] 高次量子渦をもったBECの動的不安定性における量子揺らぎ効果2008

    • Author(s)
      須永知夏, 峰真如, 三竿和也, 山中由也
    • Organizer
      日本物理学会2008年秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-21
  • [Presentation] Condition for Dynamical Instability of a Trapped Bose-Einstein Condensate with a Highly Quantized Vort ex2008

    • Author(s)
      M. Mine, E. Fukuyama, T. Sunaga, M. Ok umura, Y. Yamanaka
    • Organizer
      The 21st International Conference on Atomic Physics
    • Place of Presentation
      Connectiout大学
    • Year and Date
      2008-07-31
  • [Presentation] Quantum Fluctuation Effect in Dynamical Instability of Bose&#8211Einstein Condensate with a Highly Quantized Vortex2008

    • Author(s)
      T. Sunaga, M. Mine, K. Misao, Y. Yamanaka
    • Organizer
      The 21st International Conference on Atomic Physics
    • Place of Presentation
      Connecticut大学
    • Year and Date
      2008-07-31

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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