2020 Fiscal Year Research-status Report
Dynamics of spontaneous symmetry breaking in Fermionic superfluids
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18KK0391
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
竹内 宏光 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (10587760)
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| Project Period (FY) |
2019 – 2021
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| Keywords | フェルミ超流体 / 自発的対称性の破れ / 量子渦 / BEC-BCSクロスオーバー / 回転超放射 / 位相欠陥 / 素励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自発的対称性の破れに伴って生じる位相欠陥の動力学について，理論的に新しい知見を得た．超流体では位相欠陥として量子渦が生じる．量子渦は古典的な流体における渦の類似物であるが，後者の古典的な渦は任意の循環をとれるのに対して，量子渦の循環は飛び飛びの値しかとることが出来ず，循環量子の整数倍となる．この整数値は位相幾何学の位相的不変量と結びついており，渦の巻き数とも呼ばれる．通常の超流体では，巻き数の絶対値が２以上の量子渦は不安定であり，巻き数１の渦に分裂するものと予想されているが，その物理的機構の詳細はあまり理解されていない．この不安定性は，超流体中の自発的対称性の破れの動力学を理解する上で根本的な問題であり，本研究課題を遂行する上で避けては通れない課題である．
当該年度の成果は，一様な冷却原子気体フェルミ超流体における巻き数２の量子渦の不安定性を，低エネルギー有効理論に基づいた解析により初めて明らかにしたことである．フェルミ超流体では散乱長を変調することでBEC-BCSクロスオーバーが起こり，それに応じて不安定性の様子も様変わりする．散乱長が正のBEC領域では，最近明らかにされた一様ボース超流体中での巻き数２の渦と同様に，量子渦の芯に束縛された素励起とフォノンが結合することで不安定性が引き起こされる．一方，散乱長が負のBCS領域の極限では，この束縛された素励起が単独で不安定性を引き起こすことがわかった．
BEC領域とBCS領域の中間であるクロスオーバー領域では，束縛された素励起とフォノンの結合の効果が強調され，不安定性に伴って放出されるフォノンの強度が比較的高められる．このフォノンの放出は，回転ブラックホールの超放射と理論的類似性があるため，この現象を実験で検証する上でクロスオーバー領域は有利であることを提案した．
得られた成果は既に論文としてまとめられており，現在査読審査中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年4月よりベルギーへの渡航を計画していたが，COVID-19の世界的流行により，計画を延期せざるを得なくなった．流行の第一波の終息を見込み2020年9月から渡航を開始するように計画を変更したが，欧州では7月に第二波が到来したため再び渡航を延期した．このような状況を考慮した上で，渡航開始時期を規定制限ぎりぎりの2022年3月末に設定した．ベルギーは人口当たりのCOVID-19による死亡率が世界トップクラスであり，我々日本に比べると疫病による影響は大きいものと思われる．
アントワープ大学のTempere教授の研究グループとは以前から共同研究を実施しており，オンラインで継続して研究打ち合わせを実施した．また，2020年秋には共同研究者の一人であり当該グループのポスドクであったAlphenが，物理研究を止めて一般企業へ就職した．以上が進捗が遅れた主な原因と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
疫病の流行は2021年4月現在も終息する兆しはなく，2020年度に引き続き2021年度も渡航するつもりはない．共同研究は2022年度から本格化させる．当面の間は対面で研究の打ち合わせをすることは困難であるから，研究内容をオンラインによる遠隔の打ち合わせに向いたものに変更する必要がある．2020年度に投稿した論文は現在査読審査の１ラウンド目に入っているが，先ずは中断している返答の準備を再開する．研究内容の変更については先方と話し合って2021年度の前期には方向性を定め，後期より徐々に開始する．
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