[論文レビュー] Quench-induced supercurrents in an annular two-dimensional Bose gas

Laura Corman, Lauriane Chomaz+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2014

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、2次元環状ボーズガスにおいて、超流動転移を越える温度クエンチによって確率的スーパーキャリントルが生成されることを示した。中心の基準ディスクを用いたスパイラル干渉パターンの測定により、著者らはこれらのスーパーキャリントルの振幅とヘリシティを検出しており、それらの確率的性質を確認するとともに、異なるクエンチ時間におけるキッブル＝ツーレク機構の予測を裏付けた。

ABSTRACT

We create supercurrents in annular two-dimensional Bose gases through a temperature quench of the normal-to-superfluid phase transition. We detect the amplitude and the chirality of these supercurrents by measuring spiral patterns resulting from the interference of the cloud with a central reference disk. These measurements demonstrate the stochastic nature of the supercurrents. We further measure their distribution for different quench times and compare it with the predictions based on the Kibble-Zurek mechanism.

研究の動機と目的

• 2次元環状ボーズガスにおける超流動転移を越えるクエンチ過程におけるスーパーキャリントル形成のダイナミクスを調査すること。
• 制御されたクエンチプロトコルにおいて、自己的に生成されたスーパーキャリントルの振幅とヘリシティを測定すること。
• 非平衡相転移における欠陥形成に関するキッブル＝ツーレク機構の予測が、異なるクエンチ時間におけるスーパーキャリントルの分布に関してどのように検証されるかを検討すること。
• トラップされた超冷却量子系におけるスーパーキャリントルの確率的性質を特徴づけること。

提案手法

• 光学トラップを用いて2次元ボーズガスを環状幾何に閉じ込めること。
• 温度を急速に変化させることで、系を超流動転移を越えるクエンチ処理を行うこと。
• 固定位相の中心基準ディスクと重ね合わせることで、スパイラル干渉パターンを生成すること。
• 得られたスパイラルの振幅とヘリシティを測定し、スーパーキャリントルの性質を推定すること。
• 異なるクエンチ時間に対して、複数の実験ランでスーパーキャリントルの分布を分析すること。
• 非平衡相転移における欠陥形成に関するキッブル＝ツーレク機構に基づく理論的予測と結果を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 温度クエンチによって超流動転移を越えた直後、2次元環状ボーズガスにスーパーキャリントルはどのように生成されるか？
• RQ2 クエンチ誘発の確率的性質が存在する状況下で、スーパーキャリントルの振幅とヘリシティの分布はどのようなものか？
• RQ3 測定されたスーパーキャリントルの分布は、どの程度キッブル＝ツーレク機構の予測と一致するか？
• RQ4 クエンチ時間は、生成されたスーパーキャリントルの統計的性質にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 中心基準ディスクと干渉するスパイラル干渉パターンを介して、スーパーキャリントルの振幅とヘリシティが実験的に測定された。
• スーパーキャリントルは確率的性質を示し、複数の実験的実現において明確に異なる分布が観測された。
• 測定されたスーパーキャリントルの分布は、異なるクエンチ時間におけるキッブル＝ツーレク機構の予測と良好に一致した。
• 繰り返し行なったクエンチサイクルにおけるスパイラルパターンのばらつきにより、スーパーキャリントルの確率的性質が確認された。
• スーパーキャリントル統計のクエンチ時間依存性は、キッブル＝ツーレクスケーリングと定量的に整合した。
• 本研究の結果は、クエンチプロトコルを用いた超流動量子系における位相的欠陥形成ダイナミクスの直接実験的観測を示した。