極低温における量子渦糸タングルの減衰

2002 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, 大学院・理学研究科, 助教授 (10197759)
• キーワード: 超流動ヘリウム / 量子渦 / 超流動乱流 / 渦格子 / Gross-Pitaevskii方程式 / ボース凝縮 / コルモゴロフ則

研究概要

超流動ヘリウムの物理は、非粘性の超流体と粘性をもつ常流体が混合する二流体モデルによりよく記述され、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量子渦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を解明することを目的とする。以下、超流動ヘリウム、および中性原子気体ボースアインシュタイン凝縮系に関して、得られた成果を述べる。
超流動ヘリウム:渦糸タングルの拡散について調べ、拡散係数が循環量子で決まることを数値計算と理論的考察の両面から示した。これは非一様な渦タングルの運動を調べた実験結果と一致する。また、熱カウンター流が流れる容器が軸回りに回転している状態の渦タングルを調べ、回転軸方向への分極が生じていることを初めて示した。
中性原子気体ボース凝縮系:ボース凝縮を特徴付ける巨視的波動関数(秩序変数)が従うGross-Pitaevskii方程式の数値解析を行った。捕獲ポテンシャルが二次関数の場合、凝縮体四重極振動、表面不安定性から量子渦の侵入にいたる励起モードの詳細な解析を行った。また、捕獲ポテンシャルが二次+四次の合成関数である場合、中心の密度希薄域に位相欠陥が集積し、その周囲を超流動が回る、いわゆる巨大渦が掲載されることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Araki, M.Taubota, S.K.Nemirovskii: "Energy Spectrum of Superfluid Trubulence with No Normal-Fluid Component"Physical Review Letters. 89・14. 145301-1-145301-4 (2002)
• [文献書誌] M.Kobayashi, M.Tsubota: "Bose-Einstein condensation and superfluidity of a dilute Bose gas In a random potential"Physical Review B. 66. 174516-1-174516-7 (2002)
• [文献書誌] K.Kasamatsu, M.Tsubota, M.Ueda: "Giant hole and circular superflow In a fast rotating Bose-Einstein condensate"Physical Review A. 66. 053606-1-053606-4 (2002)
• [文献書誌] T.Iida, M.Tsubota: "Ordering state and superfluidity of quasi-two-dimensional excitons in type-II quantum wells"Phase Transitions. 75,7-8. 961-969 (2002)
• [文献書誌] 坪田 誠 他10名: "パリティブックス レーザー冷却がひらく原子波の世界"丸善(勝本信吾責任編集). 165 (2003)