Experimental study on open quantum many-body systems using strongly correlated cold atoms

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本研究では、光格子中のボース凝縮またはフェルミ縮退領域まで冷却されたイッテルビウム(Yb)原子を用いて、制御された非平衡開放量子多体系の量子ダイナミクスを実験的に研究することで、これまでそれほど探究されなかった「制御された開放量子多体系」というフロンティアを開拓することを目的としている。孤立量子系で行ってきた、研究代表者の高須が遂行する実験的研究と研究分担者の段下が遂行する理論的研究の一致を開放量子系でも目指す。また散逸が誘起する、エンタングルメントの体積則・面積則の転移などの新たな物理現象の探索を行う。研究代表者の高須は、2022年度は、2021年度に引き続き、光格子中に捕獲されたボース原子を用いた非平衡ダイナミクスの実験的測定を行った。ボソン光格子系において、特異的な初期状態から光格子深さを急に浅くすること(クエンチ)で原子の光格子間のホッピングを引き起こし、そこからの原子の状態を観測した。特に、2021年度における予備実験で判明していた、複数の１次元系の間のホッピングによる緩和を防ぐために、光格子をより深くするなどの実験的な改良を行った。さらに、多成分フェルミ原子気体に２体ロスを導入してスピン１重項状態の原子を選択的に系から取り除くことで、スピン３重項状態のみが残るディッケ状態の実験的生成とその観測を行った。また、研究分担者の段下は、ボソン冷却原子系、フェルミオン冷却原子系だけでなく、スピン系を含めた。新たな理論的な実験提案を含む様々な理論的研究を行った。