二成分冷却原子気体における量子渦のダイナミクスと量子乱流の示す統計則

冷却原子気体Bose-Einstein凝縮体は超流動性を示す量子流体であり、渦は循環が量子化された量子渦となる。加えて実験における高い制御性を示し、多成分系が実現可能であるため、乱流研究の良いモデルとして、近年広く研究されている。しかし、量子乱流に関する研究の多くは一成分系を対象としたものである。そこで本研究では、二次元二成分系での量子渦のダイナミクスに着目して研究を行った。二成分系では、同成分間相互作用に加え、一成分系には無い特有のパラメータの異成分間相互作用がある。これらの相互作用は原子間に働き、これに起因して渦間にも相互作用が働く。そこで、二成分系の量子乱流研究では、量子乱流を構成する量子渦のダイナミクスが、これらの相互作用にどのように依存するかに着目するという方法が考えられる。当該年度の研究ではまず、前年度から研究していた、異成分間相互作用に起因した二成分系での渦対の対消滅と再帰現象にかんする研究をまとめ、Physical Review Aでの出版および国際学会での発表を行った。次に、レーザーポテンシャルへの流れの印加による量子渦の形成に関する計算を進めた。この計算を通して、両成分の渦は重なった状態で形成されることを見出した。そこで初期状態として、両成分に渦が一個ずつ存在しそれらが重なった状態を与え、そこからのダイナミクスに着目した計算を行った。本計算では、重なった二つの渦が分離し、その後のダイナミクスは二つの渦が同符号か異符号かによって定性的にも大きく異なることを示した。同符号では二つの渦が渦間距離を変化させながら互いに回転運動をする。異符号では二つの渦は並進運動をしながら境界条件によって渦が再度重なり、分離する際に運動方向が反転する。これらの結果は、日本物理学会で発表し、JPSJに投稿し出版となった。

冷却原子気体Bose-Einstein凝縮体は超流動性を示す量子流体であり、渦は循環が量子化された量子渦となる。加えて実験における高い制御性を示し、多成分系が実現可能であるため、乱流研究の良いモデルとして、近年広く研究されている。しかし、量子乱流に関する研究の多くは一成分系を対象としたものである。そこで本研究では、二次元二成分系での量子渦のダイナミクスに着目して研究を行った。二成分系では、同成分間相互作用に加え、一成分系には無い特有のパラメータの異成分間相互作用がある。これらの相互作用は原子間に働き、これに起因して渦間にも相互作用が働く。そこで、二成分系の量子乱流研究では、量子乱流を構成する量子渦のダイナミクスが、これらの相互作用にどのように依存するかに着目するという方法が考えられる。当該年度の研究ではまず、前年度から研究していた、異成分間相互作用に起因した二成分系での渦対の対消滅と再帰現象にかんする研究をまとめ、Physical Review Aでの出版および国際学会での発表を行った。次に、レーザーポテンシャルへの流れの印加による量子渦の形成に関する計算を進めた。この計算を通して、両成分の渦は重なった状態で形成されることを見出した。そこで初期状態として、両成分に渦が一個ずつ存在しそれらが重なった状態を与え、そこからのダイナミクスに着目した計算を行った。本計算では、重なった二つの渦が分離し、その後のダイナミクスは二つの渦が同符号か異符号かによって定性的にも大きく異なることを示した。同符号では二つの渦が渦間距離を変化させながら互いに回転運動をする。異符号では二つの渦は並進運動をしながら境界条件によって渦が再度重なり、分離する際に運動方向が反転する。これらの結果は、日本物理学会で発表し、JPSJに投稿し出版となった。