Laminar-turbulent transition of superfluid in a random environment

随机环境中超流体的层流-湍流转变

基本信息

批准号：
19J00525
负责人：
芳賀大樹
金额：
$ 2.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的は、環境に由来するランダムネスや散逸が非平衡条件下で量子系の構造やダイナミクスにどのような影響を与えるのかを明らかにすることにある。本年度の研究成果は以下の3つのトピックにまとめられる。ランダムな環境は一般に系の持つ内在的な秩序を破壊する傾向を持つ。本研究ではランダムなポテンシャル中を流れる超流動ボース気体の秩序構造を調べた。その結果、ランダムポテンシャルと流れとの協同が平衡状態における熱的なゆらぎと同等の効果を生み出し、空間二次元以下で超流動秩序を破壊することが明らかとなった。このことは、非平衡条件下のランダム系に対しても平衡統計力学の枠組みが近似的に有効である可能性を示唆している。環境との相互作用に起因する散逸は一般に量子的な重ね合わせ状態を破壊する傾向を持つ。開放量子系が定常状態へと緩和する時間スケールが如何なるファクターによって決まるのかを明らかにすることは重要な課題である。本研究では、一部の励起モードが系の境界付近に指数関数的に局在する「リュウビリアン表皮効果」が起こった際に、最も遅い緩和の時間スケールが励起スペクトルのみならず、励起モードの局在長や系のサイズにも依存することを示し、それらを結びつける一般的な関係式を導いた。環境と相互作用する開放量子系のダイナミクスは、ハミルトニアンによって駆動されるコヒーレントな時間発展と、散逸に由来するインコヒーレントな時間発展とのバランスによって決まる。量子コヒーレンスが支配的な緩和過程から古典的な確率遷移が支配的な緩和過程への転移は「コヒーレント・インコヒーレント転移」と呼ばれている。本研究では、開放量子多体系におけるコヒーレント・インコヒーレント転移が、励起モードが一様に広がった散乱状態から局在化した束縛状態への変化として特徴付けられることを明らかにした。

该研究项目的目的是阐明源自环境的随机性和耗散如何影响非平衡条件下量子系统的结构和动力学。今年的研究成果可概括为以下三个课题。随机环境通常会破坏系统的固有秩序。在这项研究中，我们研究了在随机势下流动的超流体玻色气体的有序结构。结果表明，随机势和流动之间的配合产生了相当于平衡状态下的热波动的效应，并破坏了小于两个空间维度的超流体秩序。这表明即使对于非平衡条件下的随机系统，平衡统计力学的框架也可能近似有效。由于与环境相互作用引起的耗散通常会破坏量子叠加态。阐明哪些因素决定开放量子系统松弛到稳态的时间尺度是一个重要问题。在这项研究中，我们表明，当“Lyuvilian趋肤效应”发生时，其中一些激发模式以指数方式局域于系统边界附近，最慢弛豫的时间尺度不仅限于激发光谱，还包括激发我们证明它取决于定位长度和系统的大小，并导出了连接它们的通用关系表达式。与其环境相互作用的开放量子系统的动力学取决于哈密顿量驱动的相干时间演化和耗散产生的非相干时间演化之间的平衡。从由量子相干性主导的弛豫过程到由经典随机跃迁主导的弛豫过程的转变被称为“相干-非相干转变”。在这项研究中，我们证明了开放量子多体系统中相干-非相干跃迁的特征是从激发模式均匀扩散的散射态到局域束缚态的变化。