中性子星-ブラックホール合体の量子シミュレーション実現に向けた冷却原子理論研究

強い引力相互作用をもつ冷却フェルミ原子気体の輸送現象に焦点を当てて理論研究を進めた。特に、近年冷却原子気体で実現されている2端子間トンネル輸送について、従来の1粒子トンネル過程では説明できないような大きなトンネルカレントの原因を明らかにすべく、強い引力相互作用によるペア形成の役割を探った。トンネルバリアに対応する1体ポテンシャル中の原子気体のハミルトニアンから2端子系のバルクハミルトニアンとトンネルハミルトニアンを構成すると、従来の1粒子トンネル過程に加えて、粒子間相互作用に起因したペア/スピントンネル過程が現れることを示した。さらに、ペアトンネル過程による輸送キャリアを決定する方法として、トンネルカレントと非平衡ノイズの比で与えられるファノ因子の測定を理論的に提案した。1粒子トンネル過程が支配的であればファノ因子は「1」、ペアトンネル過程が支配的であれば「2」となる。マクロな観測量であるファノ因子から輸送キャリアの正体を決定できることを意味する。実際に、多体T行列理論およびShwinger-Keldysh Green関数法を用いて、BCS-BECクロスオーバー領域における超流動相転移温度以上の冷却フェルミ原子気体のファノ因子を計算すると、引力相互作用が強くなるにつれてファノ因子が1から2へ変化することがわかった。特に、強結合BEC側では、分子ボソンのトンネリング過程を記述する。さらに、超伝導/常伝導界面のAndreev反射とブラックホールのHawking輻射のアナロジーが先行研究で指摘されていたのに対し、実際にその輸送現象を冷却原子気体で実現できることを議論した。ペアトンネリング過程の存在は、ボース粒子系で議論されているトンネル輸送現象に類似したものが強相関フェルミ気体にも現れることを示唆しており、今後の発展が期待できる成果である。

強い引力相互作用をもつ冷却フェルミ原子気体の輸送現象に焦点を当てて理論研究を進めた。特に、近年冷却原子気体で実現されている2端子間トンネル輸送について、従来の1粒子トンネル過程では説明できないような大きなトンネルカレントの原因を明らかにすべく、強い引力相互作用によるペア形成の役割を探った。トンネルバリアに対応する1体ポテンシャル中の原子気体のハミルトニアンから2端子系のバルクハミルトニアンとトンネルハミルトニアンを構成すると、従来の1粒子トンネル過程に加えて、粒子間相互作用に起因したペア/スピントンネル過程が現れることを示した。さらに、ペアトンネル過程による輸送キャリアを決定する方法として、トンネルカレントと非平衡ノイズの比で与えられるファノ因子の測定を理論的に提案した。1粒子トンネル過程が支配的であればファノ因子は「1」、ペアトンネル過程が支配的であれば「2」となる。マクロな観測量であるファノ因子から輸送キャリアの正体を決定できることを意味する。実際に、多体T行列理論およびShwinger-Keldysh Green関数法を用いて、BCS-BECクロスオーバー領域における超流動相転移温度以上の冷却フェルミ原子気体のファノ因子を計算すると、引力相互作用が強くなるにつれてファノ因子が1から2へ変化することがわかった。特に、強結合BEC側では、分子ボソンのトンネリング過程を記述する。さらに、超伝導/常伝導界面のAndreev反射とブラックホールのHawking輻射のアナロジーが先行研究で指摘されていたのに対し、実際にその輸送現象を冷却原子気体で実現できることを議論した。ペアトンネリング過程の存在は、ボース粒子系で議論されているトンネル輸送現象に類似したものが強相関フェルミ気体にも現れることを示唆しており、今後の発展が期待できる成果である。