2020 年度研究成果報告書

スピン軌道相互作用を持つボース・アインシュタイン凝縮体における渦ソリトン

研究課題

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研究課題/領域番号	18K03462
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関	九州大学
研究代表者	坂口英継九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90192591)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	ソリトン / ボース・アインシュタイン凝縮体 / スピン軌道相互作用
研究成果の概要	アルカリ金属原子気体などを超低温にするとボース・アインシュタイン凝縮を起こす。ボース凝縮体は平均場近似でグロス・ピタエフスキー方程式で記述できる。様々な効果を取り込んだグロス・ピタエフスキー方程式の振る舞いを数値計算で研究した。正と負の実効的質量を持つソリトンが相互作用すると負の質量のソリトンが正の質量のソリトンに追いかけられ、質量が等しい場合には無限に加速しあう現象を見つけた。正と負の電荷をもつイオン気体のボース・アインシュタイン凝縮体を記述するグロス・ピタエフスキー・ポアッソン方程式の振る舞いを調べ、電荷密度波が形成されたり、ダイポール型や四重極型のソリトンが形成されることを見つけた。
自由記述の分野	非線形物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	ボース・アインシュタイン凝縮体のソリトン解に対しては様々な研究がなされているが。今回の研究で、正と負の質量の粒子が相互作用するという通常の力学では現れない興味深い状況が実現可能だと分かった。外力がない系にもかかわらず相互作用だけで互いに無限に加速されるという一見作用反作用の法則やエネルギ保存則に反するようにみえる現象が起こることを数値計算で示したことは物理学の基礎を見直すことにもつながる結果といえる。また、イオン状態の電荷をもったGP方程式の解析はこれまで行われておらず、非自明な非線形状態が現れることを示したのは学術的意義があると考えている。