急冷されたボース気体の初期相粗大化をオフ共鳴物質波干渉計を用いて探る

المفاهيم الأساسية

急冷されたボース気体の空間的位相相関の進化を物質波干渉計を用いて測定し、相粗大化と量子渦形成の関係を明らかにした。

الملخص

本研究では、ルビジウム原子のボース凝縮体を急冷し、オフ共鳴物質波干渉計を用いて位相相関長の時間発展を測定した。

• 急冷後、位相相関長は初期に増大し、その後量子渦の形成に伴って減少することを明らかにした。
• 量子渦が安定に形成された後、位相相関長は量子渦間距離に比例することを示した。
• これらの結果は、量子渦形成に先立つ相粗大化過程の存在を確認するものであり、臨界相転移ダイナミクスにおける欠陥密度の定量的理解に重要である。

الإحصائيات

急冷時間tqが0.5秒の場合、保持時間thを0.3秒から5秒まで変化させると、位相相関長ℓが2.5倍に増大する。
急冷時間tqが0.5秒から4秒の範囲で変化させると、量子渦数Nvが3個から20個以上に増加する。

اقتباسات

"急冷された凝縮体の初期段階における相粗大化過程の直接的な観測は、臨界相転移ダイナミクスにおける欠陥密度の定量的理解に重要である。"
"位相相関長ℓと量子渦間距離dvの間には線形関係があり、ℓ≈0.3dvが成り立つ。"

الرؤى الأساسية المستخلصة من

Probing early phase coarsening in a rapidly quenched Bose gas using off-resonant matter-wave interferometry

by Tenzin Rabga... في arxiv.org 10-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2402.03742.pdf

استفسارات أعمق

急冷時間tqが1秒以下の極端な場合、相粗大化過程がどのように変化するか?

急冷時間tqが1秒以下の極端な場合、相粗大化過程は顕著に変化します。この研究では、急冷が行われると、初期の乱流状態において相の粗大化が進行し、量子渦の形成が抑制されることが示されています。具体的には、tqが短くなると、相のコヒーレンス長ℓが急速に増加し、相粗大化が促進される一方で、量子渦の数は飽和状態に達することが観察されます。この飽和は、相粗大化が進行する過程で、相のドメインが合併し、量子渦の形成が抑制されることによって引き起こされます。したがって、tqが1秒以下の場合、相粗大化過程は通常のKibble-Zurekメカニズムから逸脱し、早期の相粗大化が量子渦の形成に影響を与える重要な要因となります。

量子渦の形成と消滅のダイナミクスがどのように相粗大化過程に影響するか?

量子渦の形成と消滅のダイナミクスは、相粗大化過程に対して重要な影響を及ぼします。相粗大化過程では、相のドメインが成長し、最終的に量子渦が形成されますが、これらの渦は相のコヒーレンスを破壊し、相の均一性を損なう要因となります。特に、量子渦が形成されると、相のコヒーレンス長ℓは減少し、相の不均一性が増すため、相粗大化の進行が抑制されることが観察されます。また、渦の消滅も相粗大化に影響を与え、渦の数が減少することで相の均一性が回復し、相粗大化が再び進行する可能性があります。このように、量子渦の形成と消滅のダイナミクスは、相粗大化過程における相のコヒーレンスと不均一性のバランスを調整する重要な役割を果たします。

この研究手法を用いて、他の量子多体系の非平衡相転移ダイナミクスを調べることはできるか?

この研究手法、特にオフ共鳴マター波干渉計を用いた相のコヒーレンスの測定は、他の量子多体系の非平衡相転移ダイナミクスを調べるために非常に有用です。具体的には、冷却原子系や超流動体、さらには固体中の量子相転移においても、相の粗大化や量子渦の形成を観察することが可能です。この手法は、相のコヒーレンス長を高精度で測定できるため、非平衡状態における相の成長やドメインの合併、さらには渦の生成と消滅のダイナミクスを詳細に解析することができます。したがって、他の量子多体系における非平衡相転移の研究においても、この手法は新たな知見を提供する可能性が高いと考えられます。