ボーズ・アインシュタイン凝縮体における電気双極子相互作用ダイナミクスの観測と制御

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17730
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 武田 俊太郎 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 助教 (80737304)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 冷却原子 / ボース・アインシュタイン凝縮体 / リュードベリ原子 / レーザー冷却 / ポンプ・プローブ法

研究実績の概要

本研究では、ルビジウム原子のボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）を光パルスでRydberg状態へ励起するという手法を用いて、原子間に強い電気双極子相互作用を持つBECを生成する。このBECにおける電子の非平衡ダイナミクスの実時間測定を目指すと共に、励起する光パルスの調整により相互作用の強さや異方性が制御できることを示す。これらのツールを用いて、強く相互作用し合う量子縮退系における未知の量子相や量子現象を探索し、量子縮退系のより深い理解へとつなげることを目的とする。

１、平成27年度の時点でルビジウム原子のBECを生成したが、BEC特有の量子現象を調べるためには、BECではない別の原子集団で起こる現象との比較実験が必要となる。このため、BECをレーザーの定在波が作る光格子ポテンシャル中に導入し、原子を規則正しく配列する実験系を新たに組み立てた。これにより、原子を光格子の各格子点に1個ずつ、格子欠陥なく導入することに成功した。この結果を、2017年3月の日本物理学会第72回年次大会における口頭発表にて報告した。

２、準備した原子集団を光パルスでRydberg状態へ励起して原子間相互作用を誘起し、その非平衡ダイナミクスを調べた。BECと光格子中の原子集団を比較した結果、励起直後にこれら2つは異なるダイナミクスを示した。また、光パルスの波長制御により励起するRydberg状態の主量子数を変えると相互作用強度が変化し、ダイナミクスも変わることが分かった。現在、理論モデルによりこれらの現象の理解を進めている。

研究成果

• [国際共同研究] ハイデルベルク大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルク大学
• [国際共同研究] ストラスブール大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ストラスブール大学
• [国際共同研究] インスブルック大学(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: インスブルック大学
• [雑誌論文] Time-domain Ramsey interferometry with interacting Rydberg atoms (2016)
  • 著者名/発表者名: Christian Sommer, Guido Pupillo, Nobuyuki Takei, Shuntaro Takeda, Akira Tanaka, Kenji Ohmori, and Claudiu Genes
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 94 ページ: 053607
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.94.053607
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 超高速量子シミュレーターの実現に向けた87Rb原子のunit fillingモット絶縁体の生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田俊太郎, 田中陽, 溝口道栄, 武井宣幸, Christian Sommer, 子安邦明, 千葉寿, 大森賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 超高速量子シミュレーターの実現に向けた光格子中の87Rb原子の超流動―モット絶縁体相転移の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中陽，溝口道栄，武田俊太郎，武井宣幸，Christian Sommer，子安邦明，千葉寿，岸本哲夫, 大森賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] 光格子中における87Rb原子集団の超流動‐モット絶縁体転移点を横切るクエンチダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 溝口道栄，武田俊太郎，田中陽，武井宣幸，Christian Sommer，子安邦明，千葉寿，大森賢治
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [学会発表] Ultra-high vacuum system for probing many-body dynamics of Rydberg wave-packets in an optical lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Tanaka, Shuntaro Takeda, Nobuyuki Takei, Christian Sommer, Michiteru Mizoguchi, Kuniaki Koyasu, Claudiu Genes, Guido Pupillo, Matthias Weidemueller, Hisashi Chiba, and Kenji Ohmori
  • 学会等名: 1st International Symposium on Advanced Photonics
  • 発表場所: ホテル九重（静岡県浜松市）
  • 年月日: 2016-04-13 – 2016-04-14
  • 国際学会
• [学会発表] All-optical generation of a 87Rb Bose-Einstein condensate for probing many-body dynamics of Rydberg wave-packets in an optical lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: Michiteru Mizoguchi, Shuntaro Takeda, Akira Tanaka, Nobuyuki Takei, Christian Sommer, Kuniaki Koyasu, Claudiu Genes, Guido Pupillo, Hisashi Chiba, Matthias Weidemueller, and Kenji Ohmori
  • 学会等名: 1st International Symposium on Advanced Photonics
  • 発表場所: ホテル九重（静岡県浜松市）
  • 年月日: 2016-04-13 – 2016-04-14
  • 国際学会
• [備考] All-optical BEC in Okazaki, Japan
  • URL: https://ucan.physics.utoronto.ca/News/report.2015-06-08.8920876916/view
• [備考] 全光学的手法によるRb原子のボーズアインシュタイン凝縮の生成に成功
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/ohmori_g/bec.html
• [備考] 3次元光格子中での超流動‐Mott絶縁体量子相転移の観測に成功
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/ohmori_g/lattice.html
• [備考] Rb原子のunit-filling Mott絶縁体の生成に成功
  • URL: https://groups.ims.ac.jp/organization/ohmori_g/unitfilling.html