2018 Fiscal Year Research-status Report
Many-body extension of the intermediate coupling theory and application to few-body systems of cold atoms and hadrons
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17K05445
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
仲野 英司 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 准教授 (70582477)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 冷却原子多体系 / 不純物 / ボーズ・ポーラロン / 角運動量保存 / ハドロン / 媒質効果 / 中性子星 / ボゴリューボフ・ドジャン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）希薄ボーズ原子ガスは低温でボーズ・アインシュタイン凝縮（BEC)状態となる。この系に不純物原子を投入すると、ボーズ原子との相互作用により、BECを媒質とする準粒子（ボーズ・ポーラロン）状態となる。ボーズ・ポーラロンは近年、カリウム・ルビジウム混合原子ガスなどを用いた実験において観測されている。本研究では、実験と同じようなトラップ系におけるボーズ・ポーラロンの束縛エネルギー、準粒子留数、励起フォノン分布を理論的に明らかにした。このとき、系の回転対称性による全角運動量保存を考慮した：全角運動量は、相互作用により不純物原子と複数の励起フォノンに分配されるが、回転原子核のクランキング法を参考にして、全角運動量を保存する方法を開発した。数値計算の結果から得られた束縛エネルギーは実験のそれとよく一致し、同時に励起フォノンの角運動量分布を明らかにした。
２）上記研究では、ボソン間相互作用および、不純物によるBECの空間変化を無視していた。本研究では、これらをボゴリューボフ・ドジャン定式化によって取り入れ、トラップ系ボーズ・ポーラロンのより詳細な量子状態（不純物波動関数、フォノンの励起スペクトルおよび量子数分布）を解明した。
３）ハドロンに対する媒質効果は、ボーズ・ポーラロンと類似しており、本研究の課題の一つであるが、媒質（クォーク・ハドロン多体系）の状態は状況に依存する。観測の舞台となる中性子星は、強磁場と伴っているものがあり、その起源がクォーク・ハドロン多体系にある可能性がある。本研究では、強い相互作用起源によるテンソル型および軸性ベクトル型凝縮相の出現条件を模型パラメタ空間において明らかにし、観測で予想されている磁場強度を再現することを示した。
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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
本研究は、ポーラロン描像によって、冷却原子多体系における不純物、および、媒質中ハドロンの性質を解明することである。冷却原子多体系におけるポーラロンは近年、様々な媒質・環境下での実験が進んでおり、それにともなって理論的研究も活発になっている。このような状況から冷却原子系の研究をやや優先して行っているが、国内外の研究グループと議論をしながらハドロン関係の研究も同時平行的に行っている。
１）冷却原子系ポーラロンに関しては、研究会やセミナー等で意見交換した研究者との共同研究が進んでおり、議論によって新たに明らかになった考慮すべき効果、例えば、BECの空間変化と自己束縛・局在状態、強結合領域（ユニタリ極限近傍）における少数粒子相関を取り入れて、当初の予定よりもより改善された方法で研究が進んでいる。これまでは、ボソン多体系を媒質としてきたが、ダイポール型相互作用フェルミ系や核物質中のアルファ粒子との関連から、フェルミ多体系を媒質としたフェルミ・ポーラロンも研究対象に新たに加わって、関連する研究の方向性が広がっている。
２）一方、媒質中ハドロンに関しては、カイラル凝縮を媒質とし、その環境による変化（相転移を含む）を考慮して低エネルギー有効自由度である南部・ゴールドストーン粒子およびシグマ粒子をフォノンに対応する素励起とする。不純物の対応物としては、カイラル凝縮に寄与する軽いクォークと稀な重いクォークとの複合系（チャームドハドロン等）を念頭に置いているが、内部構造を決める定式化に時間を要している。これは、当初の計画では、ストレンジを含むハドロンを対象としていたが、より重いクォークの方が、媒質を探るプローブとしての役割が明確になる、という理由で方針を変えたことによる。また、チャームドハドロンに関する専門家との議論にも時間を要しており、計画よりもやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）ボーズ・ポーラロン系に関しては、これまで不純物・ボソン相互作用の弱結合領域を対象としてきたが、2体束縛閾値近傍の強結合領域におけるより精密な量子状態の解明に向けて、引き続き共同研究を軸として、研究を進めていく。BEC空間変化、局在ポテンシャル、及び共鳴2体相互作用による少数粒子相関を考慮する。これと平行して、BEC相転移近傍である場合や、回転や外部磁場による有効低次元の場合など、媒質の性質が著しく変化した場合のポーラロンへの影響を調べる。これによってポーラロンのプローブとしての役割を解明する。
３）冷却原子系において媒質がフェルミ縮退系であるときのフェルミ・ポーラロンを新たに研究対象とする。特に新奇ポーラロンとして、媒質フェルミオンがダイポール型相互作用する場合は、その基底状態が異方的となり、それにともなってフェルミ・ポーラロンの分散関係（一様系）などの準粒子としての性質が等方系のそれから変容すると予想される。また、フェルミ・ポーラロンは核物質中の希少ハドロンとも類似しており、同様の手法を用いて、媒質中におけるアルファ粒子やケイ中間子の準粒子としての性質を明らかにする。
４）媒質中のチャームド・ハドロン系を念頭に置き、その有効理論の構築に向けた研究を行う。特に、クォークモデルによって基底となる構成クォークを記述し、媒質に起因する素励起を主に軽いフレーバーセクターの中間子的励起として記述する。このとき、重いクォークの対称性（スピン対称性）および角運動量保存則を考慮し、励起分布を構成する。重いハドロン系の専門家らとの議論を行いながら研究を進めていく。
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| Causes of Carryover |
数値計算用のデスクトップ型計算機とモニターを購入したが、予定していたスペックよりも高いものを選択したにもかかわらず、割引により当初予定額よりも安価だった為。
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