[論文レビュー] Quantum fluctuations close to an acoustic horizon in a Bose-Einstein condensate

Mathieu Isoard, Nicolas Pavloff|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2019

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、1次元ボーズ・アインシュタイン凝縮体における音響ホライズン付近の量子揺らぎを調査し、増幅モードおよびゼロモードを組み込むことで、最近の密度相関測定を正確にモデル化する。その結果、類縁するホーキング放射が熱的挙動から著しく逸脱していることが明らかとなり、標準的な熱的放射像に疑問を呈する。

ABSTRACT

We study the quantum fluctuations in a one dimensional Bose-Einstein condensate realizing an analogous acoustic black hole. The taking into account of evanescent channels and of zero modes makes it possible to accurately reproduce recent experimental measurements of the density correlation function. We discuss the determination of Hawking temperature and show that in our model the analogous radiation presents some significant departure from thermality.

研究の動機と目的

• 1次元ボーズ・アインシュタイン凝縮体における音響ホライズン付近の量子揺らぎを理解すること。
• このような系における密度相関関数の最近の実験的測定を説明すること。
• 放出放射のホーキング温度および熱的性質の妥当性を評価すること。
• 増幅モードおよびゼロモードが相関関数をどのように修正するかを調査すること。

提案手法

• 音響ホライズンを模倣する流れプロファイルを有する1次元ボーズ・アインシュタイン凝縮体を用いて、系をモデル化する。
• 量子揺らぎ解析に増幅モードおよびゼロモードを組み込み、相関関数の精度を向上させる。
• 密度および速度揺らぎの力学を線形化された流体力学方程式で記述する。
• ボゴリューボフ理論を適用してハミルトニアンを対角化し、モードスペクトルを抽出する。
• 全関連モード（伝搬しないモードを含む）からの寄与を考慮して、密度相関関数を計算する。
• 理論的相関関数と実験データを比較し、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 増幅モードおよびゼロモードは、BECにおける音響ホライズン付近の密度相関関数にどのように影響を与えるか？
• RQ2 この系において、類縁するホーキング放射はどの程度熱的スペクトルから逸脱するか？
• RQ3 非熱的効果が存在する状況で、測定されたホーキング温度は相関関数から信頼性高く抽出可能か？
• RQ4 量子揺らぎは、放射の非熱的特徴をどのように規定しているか？
• RQ5 理論的モデルは、密度相関に関する実験データをどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 増幅モードおよびゼロモードの組み込みにより、理論と最近の密度相関関数測定値との一致が著しく向上した。
• 類縁するホーキング放射は、熱的スペクトルから顕著に逸脱しており、非熱的性質を示している。
• 測定されたホーキング温度は抽出可能ではあるが、非熱的補正のため、放出の真の熱的性質を完全に反映しているとは限らない。
• モデルは、標準的な熱的モデルでは説明できない非単調な特徴を含む、相関関数の全構造を成功裏に捉えている。
• 結果から、標準的なホーキング放射が熱的であるという図式が、このアナログ系では完全には適用されない可能性がある。