2014 Fiscal Year Research-status Report
気体ボース凝縮体中への高次渦度量子渦の形成およびダイナミクスの解明
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25400420
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
桑本 剛 日本大学, 理工学部, 准教授 (10337909)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ボース・アインシュタイン凝縮体 / 量子渦 / ベリーの位相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は次に示す研究・開発を推進した。１：ボース凝縮体の断層撮像。２：量子渦生成後のボース凝縮体の膨張抑制。３：新奇渦ダイナミクスの探索。以下，これらに関し具体的に記述する。
１：ボース凝縮体の断層撮像。我々は位相幾何学的方法により87Rb原子のボース凝縮体中に渦度４の量子渦を生成する。本方法を用いると，生成された渦の渦芯に沿う方向の磁気トラップの捕獲力が原理的になくなり，渦生成後凝縮体がその方向に膨張を始める。凝縮体の膨張があると軽微な渦芯の傾きや湾曲があるだけで吸収イメージングほうによる渦の観測が困難になる。これを回避するために，凝縮体の任意の断層部分のみを撮像する断層撮像法を開発した。５０μｍ程度の厚み部分のみを「切り出して」撮像することに成功した。これにより，確実に渦の存在を確認でき，渦の形状を判別できるようになった。
２：量子渦渦生成後のボース凝縮体の膨張抑制。前述したように位相幾何学的渦生成方法では，そのままでは凝縮体が膨張し続けてしまう。これは長時間の渦ダイナミクスの観測を非常に難しくする．そこで光ポテンシャルを用いた凝縮体膨張抑制を試みた．光ポテンシャルの形成には波長１０６４ｎｍのレーザーを用いた。光ポテンシャルのポテンシャル深度を微調整することで，凝縮体膨張をほぼ抑制することに成功した。
３：新奇渦ダイナミクスの探索．凝縮体の密度の異なる部分の断層撮像を行うことで，未観測の渦ダイナミクスの探索を行った。生成した渦度４量子渦は数ミリ秒で単一渦度の４つの渦に崩壊するが，従来まではこの４つの渦がシート状に配列する状態しか観測されていなかった。今回発生頻度は低いが，４つの渦が三角形に配列したと思われる撮像データの取得に成功した。今後はこの〈三角形配置〉の発生条件を詳細に調査していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験装置が設置してあった建物の耐震補強に伴う装置の移設のために，研究実施状況が研究計画よりやや遅れた。今後，より効率的に研究を進められるよう計画を再設計し，当初の計画を遂行できるよう計らう。
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究実績の概要」に記載したように，今まで観測されたことのない渦度４量子渦の崩壊ダイナミクスである〈三角形配置〉の観測に成功した。まだ当該ダイナミクスが観測できる頻度は低いが，この頻度はボース凝縮体の原子密度に依存することが理論的な先行研究から予想できる。今後は，凝縮体原子密度を光ポテンシャルを用いた方法により制御し，〈三角形配置〉の凝縮体原子密度依存性を詳細に調査する。また理論的に予言されているさらに高次の渦配置である〈四角形配置〉の観測も試みる。
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| Causes of Carryover |
当初製作する予定であった電子回路の設計変更に伴い必要性がなくなったため当該未使用残高が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年計画している実験計画では多くの光学素子が必要となる。当該助成金はそれらの購入に使用する。
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| Remarks |
桑本研究室
http://www.quant-ph.cst.nihon-u.ac.jp/~kuwamoto/index.html
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