極低温における量子渦糸タングルの減衰

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12640357
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 坪田 誠 大阪市立大学, 理学部, 助教授 (10197759)
• キーワード: 超流動ヘリウム / 量子渦 / カスケード過程 / 再結合 / 渦糸近似 / Gross-Pitaevskii方程式

研究概要

超流動ヘリウムの物理は、超流体と常流体が混合する2流体モデルにより良く記述され、常流体が存在する比較的高温域では、量子渦は常流体との相互摩擦により減衰することが知られている。近年、常流体が存在しない極低温領域での渦糸タングルの減衰が観測され、そこには高温域にはない新たな物理があることが期待されている。本研究は、そのような極低温領域における量子渦の運動及び減衰機構を解明することを目的とする。申請者は渦糸近似に基づく量子渦の3次元ダイナミクスの数値計算を行い、大きな渦が小さな渦に分裂してゆく自己相似的なカスケード過程が生じることを渦糸分布の時間変化の詳細な解析などから明らかにし、このカスケード過程が渦糸タングルの減衰に重要な役割を担っていることを示した。さらにこのカスケード過程には、渦上の励起であるケルビン波のカスケード過程も含まれており、エネルギースペクトルの解析によりケルビン波カスケード過程も明らかにした。一方、ボース凝縮の秩序変数が従うGross-Pitaevskii方程式による量子渦の3次元ダイナミクスの解析も行い、2本の量子渦が接近した場合に生じる再結合(つなぎ変え)過程の詳細と、それにともなう音波の放出を示した。今後はこれらの解析をさらに勧め、極低温域における量子渦の物理の全貌を明らかにすることを目指す。

研究成果

• [文献書誌] M.Tsnbota,T.Aralci S,K.Memirovslcii: "Dynamics of vortex tangle without mutual friction in superfluid ^4He"Physical Review B. 62-17. 11751-11762 (2000)
• [文献書誌] M.Tsnbota,S,Oigawa.Y.Hattori: "Vortex Reconnection and Acoustic Emission by the Numerical Analysis of the Gross-Pitaevskii EquationMakoto Tsubota, Shin-ichiro Ogawa, Yuji Hattoripp. 435-440"Journal of Low Temperature Physics. 121. 435-440 (2000)
• [文献書誌] T.Aralcs and M.Tsnbotin: "Cannde. Prousi of Vortex Tangle Dynamics in Superfluid ^4He without mutal friction"Journal of Low Temperatnre Physics. 121. 405-410 (2000)
• [文献書誌] M.Tsnbota,T.Araki S.K Memirorskis: "Vortex dynamics in Superflnid ^4He at very low temperature"Journul of Low Tempeatnre Physics. 119. 337-342 (2000)
• [文献書誌] M.Tsnbota,T.Aralci S.K.Memirovslcii: "Dexan of vortex targle in superfluid ^4He of very low temperature"Physica B. 284-288. 79-80 (2000)
• [文献書誌] M.Tsnbota,K.Kasnmntsn: "Josephson Current Flowing in Cyclically Coupled Bose-Einstein Condensates Makoto Tsubota and Kenichi Kasamatsu ""J.Phys, Soc, Jpn, . 69. 1942-1945 (2000)
• [文献書誌] 藤田敏三,児玉隆夫,世良正文,坪田誠: "低温の物性物理"講談社サイエンティフィク. 204 (2000)