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2023 Fiscal Year Research-status Report

Dynamics of spontaneous symmetry breaking in Fermionic superfluids

Research Project

Project/Area Number 18KK0391
Research InstitutionOsaka Metropolitan University

Principal Investigator

竹内 宏光  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 講師 (10587760)

Project Period (FY) 2019 – 2024
Keywordsフェルミ超流体 / 自発的対称性の破れ / 量子渦
Outline of Annual Research Achievements

(1)巻き数2の量子渦の安定性
ベルギーのアントワープ大学J. Tempere教授の理論グループに約3ヶ月間滞在し,フェルミ超流体中の量子渦の基本的な運動について理論的な研究を実施した.滞在期間の前半には,パンデミックによって中断していた,巻き数2の渦の安定性の問題について主に議論を行った.絶対零度において,ボース超流体中の巻き数2の渦の不安定性の機構は先行研究で明らかになっており,巻き数2の渦が2本の巻き数1の渦に分裂すると同時に角運動量を持ったフォノン(音波)を放出する.この機構は回転するブラックホールにおける回転超放射と類似しており,この過程で最初に渦が持っていたエネルギーと角運動量がフォノンによって持ち去られる.本研究において,フェルミ超流体中の巻き数2の渦の安定性に関するBEC-BCSクロスオーバーを調べたところ,BEC極限では上記ボース超流体と同様にフォノンの放出が起こるが,BCS極限ではフォノン放出が起こらないという対照的な結果を得た.一方,両極限の間に存在するクロスオーバー領域では,フォノンの放出がむしろ増幅されるという結果を得た.得られた成果は滞在期間終了直後に学術論文として米国物理学会誌に投稿し,2023年度中に査読を終えて既に出版されている.

(2)渦の散逸運動と渦質量
ベルギーの滞在期間の後半には,量子渦の散逸的運動と渦質量について議論を行った.韓国のソウル大学のY.Shin教授の実験グループとはフェルミ超流体中の渦の散逸的運動の実験観測について議論を行った.一方,韓国のKAISTのY.Choi准教授とは,ボース超流体において渦質量の効果が重要となる系について,実験的な実現性について議論を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度を論文を発表したことにより,ベルギーの理論グループと共同で発表した論文は合計2編となった.いずれも絶対零度におけるフェルミ超流体中の位相欠陥の基本的な挙動について新たな物理現象を理論的に予言した.現時点で当初の最低限の目標は達成したと言える.当初の計画では理論を多自由度のフェルミ超流体へと拡張する狙いがあったが,別の問題として,量子渦の散逸的運動と渦質量の問題が浮上しており,現在その問題に取り組んでいる.

Strategy for Future Research Activity

上述の巻き数2の渦の分裂過程においてフェルミ超流体のBCS極限ではフォノン放出が起こらないことに関して,量子渦に束縛された準粒子が寄与していると考えられる.それを定量的に理解するためには本研究で取り扱っている模型を超えたさらに微視的な理論を導入する必要がある.この準粒子の束縛状態に関連して,有限温度下における渦の散逸的挙動や,質量をもつ渦の挙動の問題が浮上してきた.このような挙動について実験的観測が近い将来期待され,その理論的予言・解釈が必要である.とりわけ,渦質量の問題はフェルミ超流体だけでなく,ボース超流体においても長年の未解決問題であり,一般的な視点から理論を展開することが有効である.したがって,渦質量の問題についてはボース超流体の実験グループとも連携を取りながら実施していく予定である.

  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Quantum viscosity and the Reynolds similitude of a pure superfluid2024

    • Author(s)
      Takeuchi Hiromitsu
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: L02052-1, -6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.L020502

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Critical Velocity for Quantized Vortex Formation in a Superfluid with a Plate-Shaped Obstacle2024

    • Author(s)
      Kokubo Haruya、Takeuchi Hiromitsu、Kasamatsu Kenichi
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1007/s10909-024-03071-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Splitting instability of a doubly quantized vortex in superfluid Fermi gases2024

    • Author(s)
      Van Alphen W.、Takeuchi H.、Tempere J.
    • Journal Title

      Physical Review A

      Volume: 109 Pages: 043317-1, -10

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.109.043317

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 未定2024

    • Author(s)
      Hiromitsu Takeuchi
    • Organizer
      FINESS2024: FInite temperature Non-Equilibrium Superfluid Systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 量子流体の物理2024

    • Author(s)
      竹内宏光
    • Organizer
      統数研共同研究集会兼第4回TREFOIL研究会
    • Invited
  • [Presentation] 量子渦の運動に対する過質量の効果2024

    • Author(s)
      貫上晃宏,竹内宏光
    • Organizer
      日本物理学会、春季大会
  • [Presentation] 超流体の量子粘性とレイノルズ相似則2024

    • Author(s)
      竹内宏光
    • Organizer
      日本物理学会、春季大会
  • [Presentation] Isolated fractional skyrmions in a magnetic quantum gas2023

    • Author(s)
      Hiromitsu Takeuchi
    • Organizer
      Condensed Matter Solitons, Daejeon, South Korea
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Drag force due to quantum viscosity in superfluid 4He at zero temperature2023

    • Author(s)
      Hiromitsu Takeuchi
    • Organizer
      QFS2023: International Conference on Quantum Fluids and Solids
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 磁性量子流体のスピン配向性秩序が生み出す新奇な位相欠陥構造2023

    • Author(s)
      竹内宏光
    • Organizer
      磁性量子流体のスピン配向性秩序が生み出す新奇な位相欠陥構造
    • Invited
  • [Presentation] Isolated fractional skyrmions generated by Kelvin-Helmholtz instability in a magnetic quantum gas2023

    • Author(s)
      Hiromitsu Takeuchi
    • Organizer
      QFS2023: International Conference on Quantum Fluids and Solids
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Critical velocity for quantized vortex formation in a superfluid wake with a plate obstacle2023

    • Author(s)
      Haruya Kokubo, Kenichi Kasamatsu, Hiromitsu Takeuchi
    • Organizer
      QFS2023: International Conference on Quantum Fluids and Solids
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 個人のHP

    • URL

      http://hiromitsu-takeuchi.appspot.com/meetingj.html

  • [Remarks] 大阪公立大学 研究者情報

    • URL

      https://kyoiku-kenkyudb.omu.ac.jp/html/100000046_ja.html?k=%E7%AB%B9%E5%86%85%E5%AE%8F%E5%85%89

URL: 

Published: 2024-12-25  

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