| 研究領域 | 実験と観測で解き明かす中性子星の核物質 |
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| 研究課題/領域番号 |
24105006
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
堀越 宗一 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00581787)
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| 研究分担者 |
向山 敬 電気通信大学, その他部局等, 准教授 (70376490)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | 量子エレクトロニクス / 冷却原子 / 超流動 / 多体問題 / ボース凝縮 / フェルミ原子 / 中性子星 / 原子核 |
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| 研究実績の概要 |
１．BCS-BECクロスオーバーにおける状態方程式（EOS）の研究：主な研究成果は高NA顕微鏡対物レンズを用いた分解能撮像システムの実現である。
状態方程式の決定精度は冷却原子の撮影分解能で制限される。つまり高分解能撮像システムは本研究の要である。しかし高分解能を実現するには、レーザー冷却の効率を維持したまま高NA顕微鏡対物レンズを真空ガラスセル内にトラップされている冷却原子近傍に配置する必要があり容易ではない。我々はワイヤーグリッド偏光子を対物レンズとガラスセルの間に配置しこの問題を解決した。これにより、これまでのレーザー冷却や光トラップへの移行効率を保持したまま、１μｍの空間分解能で冷却原子を撮影できるようになった。また光学分解能以外にも、撮影時間中の光の吸収放出に伴う粒子のランダムウォークや熱運動によるボケの影響も考慮済みであり、データ収集のシステムは整った。
２．p波相互作用しているフェルミ粒子の研究：主な研究成果は、①磁場の安定化、②p波フェッシュバッハ共鳴のパラメータ決定である。
①6Liのp波フェッシュバッハ共鳴の幅は10ミリガウス以下であると考えられている。我々は電流安定化システムを導入する事により、電源装置が有する３００ｍガウスに相当する電流ノイズを８ｍガウス程度まで改善する事が出来た。
②ｐ波相互作用している粒子系の物性を調べるには、与える磁場とｐ波散乱長との関係、つまりｐ波フェッシュバッハ共鳴のパラメータを決定する必要がある。これまで6Li原子のｓ波のフェッシュバッハ共鳴については詳細に調べられているが、ｐ波フェッシュバッハ共鳴の情報はない。そこで昨年度は、安定化された磁場システムを用い、各磁場でｐ波散乱による散乱断面積を測定し、それよりｐ波フェッシュバッハ共鳴のパラメータを決定した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
１．BCS-BECクロスオーバーにおけるEOSの研究：予定通り進行している
BCS-BECクロスオーバーでEOSを決定するには、相互作用しているフェルミ粒子の温度と密度を実験的に決定する必要がある。どちらの物理量も吸収撮像法によって行うため、高分解能なイメージング系が本研究の要となる。そのため本プロジェクトの初年度として、本研究を遂行できる実験系の開発に取り組んだ。結果としてレーザーシステム、観測システム共に条件を満たすものが得られ、本研究を遂行する準備が整った。現段階では計画通りであり、今年度は散乱長が発散しているユニタリーフェルミ気体のEOSを我々の提案している手法で測定し、従来の方法と同じ結果が得られることを確認する。それが出来次第クロスオーバー全域の状態方程式の決定に入る。
２．p波相互作用しているフェルミ粒子の研究：予定通り進行している
p波相互作用しているフェルミ粒子のEOSやp波超流動の実現が本研究の目的だが、そのためにはp波相互作用を外部磁場で制御するｐ波フェッシュバッハ共鳴の性質を知る必要がある。そのため本プロジェクトの初年度として、ｐ波フェッシュバッハ共鳴のパラメータ決定に取り組んだ。ｐ波フェッシュバッハ共鳴のパラメータはこれまで研究報告が無く、自前で全てを決定する必要があった。結果としてp波散乱断面積の磁場、温度依存のデータより、ｐ波フェッシュバッハ共鳴のパラメータを決定することが出来た。実験データは他のグループにより計算されていた値と近い値を示しており、またp波散乱長から予想される３体ロスレートの値も近い値を示している。これにより、どの磁場に設定すればどのくらいのp波相互作用を与えることが出来るかが判った。
現段階では計画通りであり、今年度からp波相互作用しているフェルミ粒子系の物性探査に入る。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．BCS-BECクロスオーバーにおけるEOSの研究：
当初の研究計画に従い進める。ただし今年度から原子核理論の中務孝氏が分担者として加わるため、中性子物質のEOSの決定のみならず、格子ポテンシャル中でのフェルミ超流動の物性や、秩序パラメータの振動モード等、中性子星のinner crustや原子核内のフェルミ多体系の物理を冷却フェルミ原子系で再現実験できないか模索していく。
２．p波相互作用しているフェルミ粒子の研究：
冷却フェルミ原子系でｐ波超流動を実現するには、冷却の最終段階に用いる蒸発冷却が効率的に働く必要がある。そのための条件は、弾性散乱レートが非弾性散乱レートに比べて１００倍以上大きい必要がある。これまでの先行研究において、ｐ波フェッシュバッハ共鳴の共鳴磁場においてはこの比が１０程度であり、蒸発冷却が十分に働かないことがわかっている。それ故今後の研究の推進方策として、ｐ波相互作用がそこそこ大きくて且つ、弾性散乱レートが非弾性散乱レートに比べて十分大きい相互作用領域があるかを注意深く調べる必要がある。もしない場合は新たな冷却手法を模索する必要がある。またｐ波相互作用しているエヒモフ状態の存在有無が昨今物議を醸している。こちらに関しても挑戦していく方針である。
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