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2018 年度 実績報告書

非平衡状態のフェルミ原子ガス超流動を用いて中性子星の冷却機構を解明する理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K05503
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大橋 洋士  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60272134)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードフェルミ原子気体 / 非平衡状態 / BCS-BECクロスオーバー / Keldysh Green関数 / 中性子星
研究実績の概要

熱平衡状態にあるフェルミ原子ガスのBCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer)-BEC (Bose-Einstein condensation)クロスオーバー現象に対するT行列近似(T-matrix approximation, TMA)を、非平衡定常状態の場合に拡張した。非平衡定常状態は熱浴粒子源からの連続的な粒子供給と粒子放出とのバランスで実現するとし、その効果はKeldysh Green関数法で扱った。非平衡性により超流動転移温度が著しく抑制されることが示され、また、弱結合領域ではリエントラント現象が生じることも明らかにした。このリエントラント現象が、粒子の供給と放出により生じた粒子の運動量分布の階段構造に起因するFFLO(Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov)状態に関連した対形成揺らぎが原因であることを指摘した。これにより、非平衡状態にあるフェルミ粒子系のBCS-BECクロスオーバーを扱う基礎理論ができあがった。
上記に加え、線形応答領域での非平衡現象として、正常相におけるずり粘性率の温度変化をBCS-BECクロスオーバー全域で明らかにした。理論としては、自己無撞着T行列近似(self-consistent T-matrix approximation, SCTMA)を用いた。従来、強結合側での解析接続の精度に問題があったが、その原因を解明、改善することで、ずり粘性率とエントロピー密度の比に関する下限値の予言(Kovtun-Son-Starinets予想)に最も近い値が実現する条件を、温度-相互作用相図上で特定した。
今年度はこれらに加え、別の輸送係数であるコンダクタンスに対する強結合効果も研究、対形成揺らぎの効果を考慮することで、リチウム原子気体で観測された実験結果を幅広い温度領域で理論的に説明することに成功した。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 15件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] University of Chicago/Argonne National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Chicago/Argonne National Laboratory
  • [雑誌論文] 冷却フェルミ原子ガス超流動と中性子星低密度領域への挑戦2018

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 73 ページ: 842-851

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strong-coupling and finite-temperature effects on p-wave contacts2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Inotani and Yoji Ohashi
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 98 ページ: 023603(1-12)

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.98.023603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoluminescence and gain/absorption spectra of a driven-dissipative electron-hole-photon condensate2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hanai, Peter B. Littlewood, and Yoji Ohashi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 78 ページ: 245302(1-22)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.245302

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoemission Spectrum in the BCS-BEC Crossover Regime of a Rare-Earth Fermi Gas with an Orbital Feshbach Resonance2018

    • 著者名/発表者名
      Soumita Mondal, Daisuke Inotani, and Yoji Ohashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of apan

      巻: 87 ページ: 094301(1-9)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.094301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-particle Excitations and Strong Coupling Effects in the BCS-BEC Crossover Regime of a Rare-Earth Fermi Gas with an Orbital Feshbach Resonance2018

    • 著者名/発表者名
      Soumita Mondal, Daisuke Inotani, and Yoji Ohashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of apan

      巻: 87 ページ: 084302(1-10)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.084302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Particle Structures in the Normal State of a Strongly Interacting Bose-Fermi Mixture with Mass Imbalance2018

    • 著者名/発表者名
      K. Manabe, D. Kagamihara, Inotani, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s10909-018-02114-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Isothermal Compressibility of an Ultracold Fermi Gas in the BCS-BEC Crossover2018

    • 著者名/発表者名
      R. Sato, D. Kagamihara, K. Manabe, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 雑誌名

      Journal of Low Temperature Physics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s10909-018-2103-0

    • 査読あり
  • [学会発表] 軌道フェッシュバッハ共鳴を有する冷却フェルミ原子気体の熱力学的性質2019

    • 著者名/発表者名
      猪谷大輔, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(年会)
  • [学会発表] 引力相互作用するフェルミ原子気体における圧縮率に対する強結合効果II2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍平,鏡原大地, 猪谷大輔, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(年会)
  • [学会発表] 極低温Bose-Fermi混合気体の常流動相における1粒子励起スペクトルの解析III2019

    • 著者名/発表者名
      真辺 幸喜, 猪谷 太輔, 大橋 洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(年会)
  • [学会発表] 冷却フェルミ原子気体の輸送特性2019

    • 著者名/発表者名
      古谷浩一郎, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(年会)
  • [学会発表] 非平衡定常状態にある引力相互作用するフェルミオン系に対する強結合理論2019

    • 著者名/発表者名
      河村泰良, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(年会)
  • [学会発表] Feshbach Resonance and BCS-BEC Crossover in Strongly Interacting Fermi Condensates2019

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士
    • 学会等名
      「量子クラスターで読み解く物質の階層構造」スクール
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultracold atomic Fermi gas with a Feshbach resonance and effects of pairing fluctuations in the BCS-BEC crossover region2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Pieter van Wyk, Tetsuo Hatsuda, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      The 2nd international workshop on quantum many-body problems
    • 国際学会
  • [学会発表] Feshbach resonance and Fermi condensates2019

    • 著者名/発表者名
      Yoji Ohashi
    • 学会等名
      第3回「物質階層を横断する会」 ~ハドロン・原子核・原子・分子合同ミーティング
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultracold atomic Fermi gas with a Feshbach resonance and effects of pairing fluctuations in the BCS-BEC crossover region2018

    • 著者名/発表者名
      Yoji Ohashi
    • 学会等名
      International Conference on Quantum and Atom Optics (ICQAO2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pair formation and quantum many-body phenomena in strongly interacting ultracold atomic gases2018

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士、Soumita Mondal, 鏡原大地、真辺幸喜、佐藤龍平
    • 学会等名
      「量子クラスターで読み解く物質の階層構造」 キックオフシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Superfluid phase transition and effects of pairing fluctuations in neutron star matter at subnuclear densities2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Tajima, Tetsuo Hatsuda, Pieter van Wyk, Yoji Ohashi
    • 学会等名
      Fifth Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the APS and the JPS
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導・超流動と中性子星:地上の星から宇宙の謎への挑戦2018

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士
    • 学会等名
      明治大学科学技術研究所2018年度 第1回公開講演会『超伝導:リニアモーターカーから中性子星まで』
    • 招待講演
  • [学会発表] フェルミ原子ガスのBCS-BECクロスオーバー領域における強結合物性と中性子星低密度領域への応用2018

    • 著者名/発表者名
      大橋洋士
    • 学会等名
      千葉大学物理学科 セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 引力相互作用するフェルミ原子気体における圧縮率に対する強結合効果2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍平,鏡原大地, 猪谷大輔, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] 超流動フェルミ原子気体における比熱に対する強結合効果2018

    • 著者名/発表者名
      猪谷 太輔, Pieter van Wyk, 大橋 洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] 極低温Bose-Ferm混合気体の常流動相における1粒子励起スペクトルの解析II2018

    • 著者名/発表者名
      真辺 幸喜, 猪谷 太輔, 大橋 洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] 励起子ポラリトン系における第二閾値の出現およびPT対称な例外点周りのクロスオーバー現象2018

    • 著者名/発表者名
      花井 亮, Alexander Edelman, Peter B. Littlewood, 大橋洋士
    • 学会等名
      日本物理学会(分科会)
  • [学会発表] Phase transition/crossover from a polariton Bose-Einstein condensate to a photon laser2018

    • 著者名/発表者名
      R. Hanai, A. Edelman, P. B. Littlewood, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      Correlation and entanglement with photons in cavities, (CEPC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 強結合冷却Bose-Fermi混合気体の1粒子励起における質量インバランス効果2018

    • 著者名/発表者名
      真辺幸喜, 猪谷大輔, 大橋洋士
    • 学会等名
      理研シンポジウム・iTHEMS研究会 「熱場の量子論とその応用」
  • [学会発表] BCS-BECクロスオーバー領域における冷却フェルミ原子気体の等温圧縮率に対する強結合効果2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍平,鏡原大地, 猪谷大輔, 大橋洋士
    • 学会等名
      理研シンポジウム・iTHEMS研究会 「熱場の量子論とその応用」
  • [学会発表] Strong coupling effects on specific heat in the BCS-BEC crossover2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Inotani; Pieter van Wyk; Yoji Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids, QFS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoemission Spectrum in the Normal State of a Strongly Interacting Bose-Fermi Mixture2018

    • 著者名/発表者名
      K. Manabe, D. Kagamihara, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids, QFS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Minimum of the ratio of shear viscosity to entropy density in an ultracold Fermi gas2018

    • 著者名/発表者名
      D. Kagamihara, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids, QFS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoemission Spectra in the BCS-BEC Crossover Regime of a Rare-Earth 173Yb Fermi Gas in a Harmonic Trap2018

    • 著者名/発表者名
      S. Mondal, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids, QFS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Isothermal Compressibility of an Ultracold Fermi Gas in the BCS-BEC Crossover2018

    • 著者名/発表者名
      R. Sato, D. Kagamihara, K. Manabe, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Fluids and Solids, QFS2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Strong-coupling effects on p-wave contacts in an ultracold Fermi gas with a p-wave interaction2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Inotani, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Atomic Physics, ICAP 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Shear viscosity of a strongly-interacting Fermi gas2018

    • 著者名/発表者名
      D. Kagamihara, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Atomic Physics, ICAP 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Isothermal Compresibility and Strong Coupling Effects in an Ultracold Fermi Gas2018

    • 著者名/発表者名
      R. Sato, D. Kagamihara, K. Manabe, D. Inotani, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Atomic Physics, ICAP 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoemission Spectrum in an Ultracold Bose-Fermi Mixture with a Hetero-Pairing Interaction2018

    • 著者名/発表者名
      Koki Manabe, Daichi Kagamihara, Daisuke Inotani, and Yoji Ohashi
    • 学会等名
      The 26th International Conference on Atomic Physics, ICAP 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] POLARITON TO PHOTON LASER TRANSITION AND THE EMERGENCE OF A NONEQUILIBRIUM CRITICAL POINT2018

    • 著者名/発表者名
      R. Hanai, A. Edelman, P. B. Littlewood, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE-9)
    • 国際学会
  • [学会発表] A nonequilibrium phase transition and critical phenomena in a polariton condensate2018

    • 著者名/発表者名
      R. Hanai, A. Edelman, P. B. Littlewood, and Y. Ohashi
    • 学会等名
      Correlated electron systems -novel developments
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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