| 研究課題/領域番号 |
17K05445
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| 研究機関 | 高知大学 |
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研究代表者 |
仲野 英司 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 准教授 (70582477)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | フェルミ・ポーラロン / 冷却原子多体系 / 媒質中のハドロン / ダイポール・ダイポール相互作用 / ボーズ・ポーラロン |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、冷却原子多体系やハドロン物質などの媒質中における不純物粒子の準粒子的性質を解明し、更に媒質中における不純物粒子の少数系としての性質を明らかにすることである。不純物粒子の準粒子としての性質、および、不純物粒子間の有効相互作用は、媒質自体の性質と媒質を構成する粒子と不純物間の相互作用によって決まる。これに関して、当該年度は、以下の研究成果が得られた：
１）冷却された２成分（擬スピン）フェルミ原子多体系に関して、非常に大きなスピン偏極を仮定した場合、それはアップ・スピン粒子の媒質中におけるダウン・スピン不純物準粒子の混合ガスと見なすことができる。このガスの低エネルギーダイナミクスを流体力学の範囲でシミュレーションし、実験系における観測から流体方程式のパラメタと不純物間有効相互作用との関係が得られることを示した。
２）媒質が非等方性を持つ場合として、ダイポール・ダイポール（DD)型相互作用するフェルミ多体系を採用し、不純物の準粒子描像を明らかにした。特に、不純物の分散式を計算することにより、不純物周りの粒子・ホール対励起の分布関数、有効質量、ドラッグ・パラメタなどを算出し、媒質‐不純物粒子間相互作用のユニタリティ―近傍において、DD相互作用と準粒子パラメタの強度および非等方性との関係を明らかにした。
３）ハドロン物質における不純物準粒子描像を導入するためには、冷却原子等で用いられる非相対論的定式化ではなく、ディラック方程式をベースにする必要がある。本研究では、ディラック粒子（不純物粒子）がスカラー場あるいは擬スカラー場に結合しているモデルを採用し、準粒子描像を記述するための変分法を定式化した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当該年度は、約８か月間にわたり海外研修期間があり、その間は主に本研究課題とは別の課題に取り組んでいた。しかしながら、共同研究者と連絡を取りながら本研究課題をある程度進めることができた。特に、冷却原子多体系における不純物（冷却原子ポーラロン）に関しては、これまでの量子多体理論をベースにした枠組みに加え、共同研究者の発案のもと流体力学的な記述を試みた。また、異方性のある媒質を採用したフェルミ・ポーラロンを研究することで新たな知見が得られた。これにより、冷却原子ポーラロン問題の分野において新しい研究の方向性を示すことができた。ただ、ハドロン物質における不純物粒子への応用に関しては、現在、相対論的な定式化が完成しつつある状況であり、まだ具体的な応用に至っていない。しかしながら、一部研修中に取り組んだクォーク・グルオン・プラズマ中の重いクォークの研究で得られた知見は、重いクォークを不純物とみなせることから、今後の研究遂行において有用である。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）冷却原子多体系を媒質とする不純物問題に関しては、ポーラロン間有効相互作用がポーラロン少数系の性質解明に向けて重要な要素になる。媒質粒子と不純物粒子間相互作用が密度・密度型であれば、媒質の密度型集団励起モードが不純物間相互作用に大きく寄与する。フェルミ系やボーズ系の媒質を問わず、相互作用の型に応じた集団励起が有効相互作用においてキーとなる。今後は、媒質が渦格子やテキスチャーなど空間非一様である場合や、擬低次元系、非等方性がある場合のポーラロン間相互作用を導出し、一様系の場合との対比をみる。
２）これまで主に媒質中の不純物粒子の基底状態の解明に取り組んできたが、励起状態からの崩壊過程や散逸効果がより顕著に表れる領域を扱うための定式化を取り入れる。
３）ハドロン物質中の不純物への応用として、本研究課題の重いハドロン系に取り組むと同時に、より低エネルギーで冷却原子との対応がよい非対称核物質を媒質とした重陽子やアルファ粒子の不純物問題に取り組み、これまでに得られた冷却原子系との比較を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度中に海外研修期間が約８か月在ったため、研究期間延長を申請し承認された。それに伴い研修中本研究課題に使用できなかった額を繰越したため。
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