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整理番号 5971   (公開日 2011年08月31日) (カテゴリ 情報・通信エレクトロニクス
冷却原子気体のボース・アインシュタイン凝縮
●内容    この研究室では、マイクロケルビン以下の極低温に冷却された原子気体のボース・アインシュタイン凝縮(以下BEC)やフェルミ超流動の理論的研究を行っている。1924年にアインシュタインが存在を予言し1995年に初めて発見されたBECとは、多数の原子がいちどきに量子力学的な波動性を示す状況を指し、超伝導やレーザなどを生み出す基本的メカニズムと認識されている。このBECでは原子間相互作用の強さを含むほとんどすべての物質パラメーターを自在に変化させることができるので、この自由度を用いて、様々な物理現象に共通する普遍的な法則の探求が可能である。例えば、光で作られる結晶(光格子)を用いて理想化された状況下で高温超伝導のような強い相互作用をする系の性質を調べることができる。この研究室ではボースノヴァとよばれる超新星爆発に類似した非平衡現象、キブル機構という宇宙初期の相転移のシミュレーション(図1)を行った。更に、結び目理論のような数理物理への展開も行っている(図2)。
   冷却原子気体は、相互作用が強いユニタリティ極限において、原子の種類などによらない普遍的な熱力学的性質を示すようになることが予想されている。このユニタリティ極限での性質を理解することは、高温超伝導のメカニズムの問題や原子核物理の問題の解決を導くことにつながる。今後は様々な対称性を持った超流動や、分子の超流動など様々な分野にまたがる学際的な研究に発展させていく。

研究室ホームページ
 http://cat.phys.s.u-tokyo.ac.jp/index.html
●研究者
教授 上田 正仁
大学院理学系研究科 物理学専攻
●画像


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図1:量子気体がキブル機構により磁化していく様子。

濃淡は磁化の強度、色が磁化の方位を示している。 四角の部分では中心に未磁化の白い部分が残る。これは秩序空間における特異点(トポロジカルな欠陥)で、宇宙初期の相転移における磁気単極子や宇宙ひもに対応する。
(C) 上田正仁

図2:内部自由度をもったボース・アインシュタイン凝縮体における結び目構造。

左は内部自由度の状態を示しており、特別な状態の点のみ書き出すと右の様な結び目が形成されていることがわかる。 このような構造はBECに四重極磁場をかけることにより作ることができる。
(C) 上田正仁
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上記内容は、各研究者へのインタビューをもとに東京大学 産学協創推進本部で骨子をまとめたものです。
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