Decay of superflow via thermal phase slips in cold atomic gases

本年度は昨年度に引き続きアメリカの実験グループが報告したリングトラップ中の有限温度超流動体の超流動流の減衰に関する実験[Kumar et al., Phys. Rev. A 95, 021602(R) (2017).]についてのより詳細な理論解析を行った。昨年度までに擬２次元リングトラップ系の解析を行ったが、実際の実験のセットアップは擬２次元とは言えず、より定量的な結果を得るためには３次元系の計算が必要であった。本研究では、３次元系での計算を行い、擬２次元系の計算と定性的に同じ、すなわち熱的活性化による位相すべりはNISTの実験では起きていないという結論を得た。また、3体ロスを含んだ３次元系Gross-Pitaevskii方程式の数値シミュレーションにより、3体ロス誘起の超流動の減衰がNISTの実験で観測された超流動の減衰の起源の可能性の一つであることを提案した。また、本年度はドイツの実験グループが発表した論文[R. Labouvie et al., Phys. Rev. Lett. 116, 235302 (2016)]に触発され、局所的な粒子数ロスがある系における超流動流の安定性についての研究を行った。この実験では初期状態によって、異なった状態が安定に出現する双安定性が実験的に観測された。本研究では、実験的に観測されたこの双安定性を理論的により理解するために、複素係数デルタ関数ポテンシャル(粒子数ロスを記述する)と、実係数のデルタ関数ポテンシャル(ピン留めポテンシャル)を有する１次元Gross-Pitaevskii方程式を考え、この方程式の厳密解を得た。この厳密解を用いて、この系では広いパラメータ領域で双安定性を示すことを示した。また、この系では異常ヒステリシス現象と呼ばれている、一方向性を有するヒステリシスが存在することも示した。

本年度は昨年度に引き続きアメリカの実験グループが報告したリングトラップ中の有限温度超流動体の超流動流の減衰に関する実験[Kumar et al., Phys. Rev. A 95, 021602(R) (2017).]についてのより詳細な理論解析を行った。昨年度までに擬２次元リングトラップ系の解析を行ったが、実際の実験のセットアップは擬２次元とは言えず、より定量的な結果を得るためには３次元系の計算が必要であった。本研究では、３次元系での計算を行い、擬２次元系の計算と定性的に同じ、すなわち熱的活性化による位相すべりはNISTの実験では起きていないという結論を得た。また、3体ロスを含んだ３次元系Gross-Pitaevskii方程式の数値シミュレーションにより、3体ロス誘起の超流動の減衰がNISTの実験で観測された超流動の減衰の起源の可能性の一つであることを提案した。また、本年度はドイツの実験グループが発表した論文[R. Labouvie et al., Phys. Rev. Lett. 116, 235302 (2016)]に触発され、局所的な粒子数ロスがある系における超流動流の安定性についての研究を行った。この実験では初期状態によって、異なった状態が安定に出現する双安定性が実験的に観測された。本研究では、実験的に観測されたこの双安定性を理論的により理解するために、複素係数デルタ関数ポテンシャル(粒子数ロスを記述する)と、実係数のデルタ関数ポテンシャル(ピン留めポテンシャル)を有する１次元Gross-Pitaevskii方程式を考え、この方程式の厳密解を得た。この厳密解を用いて、この系では広いパラメータ領域で双安定性を示すことを示した。また、この系では異常ヒステリシス現象と呼ばれている、一方向性を有するヒステリシスが存在することも示した。