2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of framework for multi-component Bose-Einstein condensates and its application
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18K03499
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
渡部 昌平 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 講師 (90726895)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | BEC / 多成分BEC / 超流動 / 集団励起 / 量子ダイナミクス / ソリトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ボース-アインシュタイン凝縮(BEC)は冷却原子気体の実現に伴い精力的に研究されてきた．冷却原子気体の特徴は，内部自由度BECや量子ダイナミクスを研究できる点にある．本研究では，多体理論の厳密な関係式として，内部自由度BECが満たすべきHugenholtz-Pinesの関係式を導出し，それに関する実験方法もはじめて提案した．また，これまでBECのソリトンは密度の窪みを観測することでソリトンのダイナミクスを実験的に研究してきた．しかし，BECのソリトンには巨視的波動関数の位相という自由度も重要である．研究成果としてBECソリトンの特徴である位相差の自由度を冷却原子気体で実験的に観測する方法をはじめて提案した．また，光学格子中のBose気体には，超流動-Mott絶縁体転移がよく知られているが，位相プリント法によって生成されたソリトンは，超流動相の中でも多様な振る舞いをすることが知られている．これまで知られていた３つのsolitonの形状をin-phase soliton, out-of-phase soliton, waveletと名づけ，パラメータ探索し，超流動相におけるソリトンの形状の相図を完成させた．この研究の過程で，これまで知られていなかったhybrid solitonと命名したソリトンの形状を新たに発見した．また，長距離相互作用を持つBECについて，dropletの形状を記述するtoy modelをはじめて提案した．また，研究期間全体を通じ，Green関数を用いたBECの多体行列理論の整備を行い，集団励起・一粒子励起について厳密な関係式と一般的なRPAへ適用した，この他に，Bose-Fermi混合系の多成分量子気体についてcollisionless領域から流体力学領域への集団励起のクロスオーバーの研究，量子ダイナミクスとして量子探索のスケーリング仮説の提案を行った．
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