2018 Fiscal Year Research-status Report
Particle correlation effects and new phases of ultra cold Bose-Fermi mixtures
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18K03501
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
藪 博之 立命館大学, 理工学部, 教授 (60202371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮川 貴彦 愛知教育大学, 教育学部, 准教授 (70439925)
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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 極低音原子気体 / ボース・フェルミ混合気体 / ボース・アインシュタイン凝縮 / 双極子原子 / ポーラロン / フェルミ縮退 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、異なる量子統計性をもつ原子から成る極低温原子気体において、粒子相関が中間領域である場合に現れる相構造を量子多体理論の方法を用いて明らかにすることである。本年度において、この研究目的のために行った研究実績およびその成果について述べる：
A) 有限ポテンシャル中の希薄ボース気体にトラップされた１個の原子不純物が形成するポーラロン状態とその角運動量特性：希薄ボース気体中の不純物原子は、その周りにボース粒子を励起しポーラロン状態を形成する。この状態は一様な系においては中間結合理論を用いてよく記述されることが知られており、その極低音原子気体への応用は我々（藪および分担者）の先行研究によってなされたものである。我々は本研究において中間結合理論を有限ポテンシャル中の有限系に拡張する理論形式を構築した。我々はこの理論を用いて原子ポーラロンの角運動量を評価し、原子ポーラロンの角運動量特性を明らかにした。この結果は、Physical Review誌に掲載されている。
B) 双極子相互作用するフェルミ原子を含む有限フェルミ系の新しい相構造：双極子相互作用する原子気体は相互作用の非等方性からこれまでにない相構造の発言が予想されている。本年度、我々（藪および分担者）は、有限ポテンシャルにトラップされた双極子相互作用する２成分フェルミ原子気体が示す相構造をトーマス・フェルミ・フォン・ヴァイツゼッカー近似を用いて理論的に研究し、２成分が交互に現れるALS構造が現れる領域を明らかにした。これらの結果は現在論文を執筆している。
C）上記の結果を用いて、双極子相互作用する原子ポーラロンの理論定式化を行い、計算を行った。理論および定式化の部分は日本物理学会で講演を行い発表した。また、本研究の原子気体の成果を他の領域に応用する研究をおこない、分担者が論文を執筆しPhysical Review誌に掲載された。
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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
研究実績の概要で述べたように、それぞれの課題について研究は進展しており、成果もでている：A) 有限ポテンシャル中の希薄ボース気体にトラップされた１個の原子不純物が形成するポーラロン状態：１個の不純物原子に対する理論構築を一応完了し、理論計算および数値計算を行い、角運動量特性に関する結果を得た。その成果をもとに最初の論文を執筆し、Physical Review誌に掲載、研究成果の発表を行った(Phys. Rev. A99, 033624)。継続的な計算は現在進行中である。B) 双極子相互作用するフェルミ原子を含む有限フェルミ系の新しい相構造：双極子相互作用する同種フェルミ粒子の相構造の理論構築を終え、数値計算を行い、ALS構造に対するが結果を得ている。
この結果をもとに分担者とともに論文執筆中である。また、異なるフェルミ粒子の場合に理論を応用し層構造を明らかにする計算を準備中である。C）双極子相互作用する原子ポーラロンの理論定式化は一応完成し、分担者と数値計算を行っている。理論および定式化の部分は日本物理学会で講演を行い、発表した（日本物理学会 第74回年次大会）。また、得られた成果を他領域に応用する研究を行い、論文をPhysical Review誌に掲載した（Phys. Rev. D 97, 114014 (2018)）。
以上のことから、本科研費の研究課題は全体として順調に進捗していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究の進捗状況および結果に基づき、研究の達成に向けて研究課題のさらなる推進を行う。A) 有限ポテンシャル中の希薄ボース気体にトラップされた１個の原子不純物が形成するポーラロン状態：本年度において構築した原子ポーラロンに対する中間結合理論の理論形式に基づき、角運動量特性に加えて不純物の周りのボース粒子の分布等を計算し、原子ポーラロンのより詳細な性質を明らかにする。また、有限ポテンシャル中での多ポーラロン状態の研究を行う。同時に、得られた成果の研究発表を学会講演等で行う。B) 双極子相互作用するフェルミ原子を含む有限フェルミ系の新しい相構造：本年度得られた研究成果に基づく論文を完成させ、出版して成果発表を行う。また、近年では双極子相互作用する異種粒子系としてErとDyの混合系が実験的に達成されており、本年度に構築した理論形式を用いてその相構造の計算を行い、同種粒子系との相違を明らかにする。これらの成果をまとめて、米国物理学会における講演で発表予定である（50th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics APS Meeting, May 28,2019）。C）双極子相互作用する原子ポーラロンの計算を完了し、論文執筆を行うとともに、学会講演等で成果発表を行う。また、得られた成果の他領域への応用研究を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究に基づく成果の、アメリカ物理学会「50th Annual Meeting of the APS Division of Atomic, Molecular and Optical Physics APS Meeting」（May 27-31, 2019, Milwaukee, Wisconsin）における発表が決定し、今年度予定していた旅費を一部次年度にまわし、来年度旅費と合わせて用いる。また、消耗品費の残額は次年度に繰り越し、合わせて用いるほうが有効であると判断した。
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