超流体中の射影低次元空間における自発的対称性の破れ

超流体射影低维空间的自发对称破缺

• 批准号: 25887042
• 负责人: 竹内 宏光
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-08-30 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25887042/
• 关键词: 低温物理学; 超流動; ボース・アインシュタイン凝縮; 量子流体力学; 流体力学的不安定性; 界面; 自発的対称性の破れ

この課題では主に，２成分の超流体で構成される２成分ボース・アインシュタイン凝縮体における動的現象に関して，理論・数値的研究を行った．以下に主な研究成果を挙げる．(1)２成分超流体中のドメイン壁対消滅過程で生じる量子渦の拡散現象：生成された量子渦はドメイン壁と垂直な「余剰次元」方向へと拡散し，その長さスケールが時間に比例して成長することを明らかにした．この事と，対消滅によって有効的に意味を成す射影２次元空間における特徴的な長さスケールの時間発展が時間の平方根に比例するということを比較すると，一定時間経過したあたりで２次元的な振る舞いが３次元的な振る舞いへとクロスオーバーすることが期待される．(2)２成分冷却原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体と場の理論で実現するドメイン壁（ブレーン）と量子渦（ストリング）の複合ソリトンおよびブージャムの解の比較：「ブージャムチャージ」と呼ばれる場の理論で提唱された物理量の２成分凝縮体系への適用を試み，その定式化を行った．(3)２成分超流体の量子渦に関して新奇な動的振る舞いを発見：お互いに逆向きの回転流をもった混合２成分超流体の渦が重なっている状態をCounter-rotating vortexと名づけ，その安定性解析を行った．その結果，初期状態で各成分が保有する量子渦の量子数の絶対値よりも多い数の量子渦に分裂することで，この状態は不安定化することがわかった．この奇妙な現象には対向超流動の不安定性の特徴が強く影響することを明らかにした．(4)相分離した２成分超流体における南部・ゴールドストーン(NG)モードの理論的同定：一様系で平面状のドメイン壁が存在する場合，NGモードの数は二つしか存在しないことを初めて明らかにした．これはこの系のNGモードの１つであるリプロンがドメイン壁の並進移動と相対位相の揺らぎの線形結合として表現できることに起因していると考えられる．

在本项目中，我们主要对由二组分超流体组成的二组分玻色-爱因斯坦凝聚态的动力学现象进行了理论和数值研究。主要研究成果如下。 (1)二元超流体中磁畴壁对湮灭过程中出现的量子涡旋扩散现象：产生的量子涡旋在垂直于磁畴壁的“额外维度”方向上扩散，其长度尺度随时间变化。据透露，增长是成比例的。与射影二维空间中特征长度尺度的时间演化（通过对湮灭有效地有意义）与时间的平方根成正比这一事实相比，我们可以看到，经过一定时间后，二维行为预计将跨越到三维行为。 (2) 在双组分冷却原子气体玻色-爱因斯坦凝聚和场论中实现的畴壁（膜）和量子涡旋（弦）的复孤子和 Boojam 解的比较：一个称为“Boojam 电荷”的场将理论中提出的物理量应用于二元凝聚系统并公式化。 (3)发现二组分超流体中量子涡旋的新动力学行为：具有相反旋转流的混合二组分超流体的涡旋重叠的状态称为反向旋转涡旋，并进行了稳定性分析。结果发现，该状态由于分裂成比初始状态下各成分所拥有的量子涡旋的量子数的绝对值还多的多个量子涡旋而变得不稳定。研究表明，这种奇怪的现象受到相反超流体的不稳定特性的强烈影响。 （4）相分离双组分超流体中Nambu-Goldstone（NG）模式的理论识别：当均匀体系中存在平面畴壁时，首次发现只有两种NG模式。这被认为是由于该系统中的 NG 模式之一的 liplon 可以表示为畴壁的平移运动和相对相位波动的线性组合。

项目成果

Nambu-Goldstone modes in segregated Bose-Einstein condensates

• DOI: 10.1103/physreva.88.043612
• 发表时间: 2013-09
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: H. Takeuchi;K. Kasamatsu

Counter-rotating vortices in miscible two-component Bose-Einstein condensates

• DOI: 10.1103/physreva.88.063617
• 发表时间: 2013-10
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: S. Ishino;M. Tsubota;H. Takeuchi

相分離した2成分ボース・アインシュタイン凝縮体における南部・ゴールドストーンモード

相分离二元玻色-爱因斯坦凝聚体中的南部-戈德斯通模式

• 发表时间: 2014
• 作者: H. Takeuchi;S. Higashitani;K. Nagai;Yoonseok Lee;H.C. Choi;B.H. Moon;N. Masuhara;M.W. Meisel;N. Mulders;水野佑充子，出原健太郎，竹内宏光;竹内宏光，笠松健一
• 通讯作者: 竹内宏光，笠松健一

（２）Elementary Excitation Physics Laboratory

(2) 初级激发物理实验室

Quantum Hydrodynamic Instability and Projected Spontaneous Symmetry Breaking in Superfluids

超流体中的量子流体动力学不稳定性和预计自发对称破缺

• 发表时间: 2013
• 作者: H. Takeuchi;S. Higashitani;K. Nagai;Yoonseok Lee;H.C. Choi;B.H. Moon;N. Masuhara;M.W. Meisel;N. Mulders;水野佑充子，出原健太郎，竹内宏光;竹内宏光，笠松健一;H. Takeuchi and K. Kasamatsu;石野隼伍，竹内宏光，坪田誠;Hiromitsu Takeuchi
• 通讯作者: Hiromitsu Takeuchi