軌道フェッシュバッハ共鳴を有するフェルミ原子気体における強結合効果

Abstract

本研究ではまず, 軌道フェッシュバッハ共鳴を有する4成分フェルミ原子気体における対形成揺らぎの影響を理論的に解明するため, 本系を記述可能な強結合理論の構築を行った。本系に対して強結合効果を理論的に取り入れると, 理論に発散が生じてしまうことが知られている。従来のアプローチでは, 数値的なカットオフパラメータを導入することによってこれを避けていたが, 本研究では人工的なパラメータなしに系の性質を記述することに成功した。さらに構築された理論を用いて, 状態密度の解析を行うことにより, この系における擬ギャップ現象を明らかにした。擬ギャップ現象は, 強く相互作用するフェルミ粒子系において, 超流動転移温度以上においても, 超流動状態でみられるようなギャップ構造が, 状態密度や1粒子励起スペクトルに生じる現象であり, 超流動の前駆現象として知られている。従来のｓ波相互作用する2成分フェルミ原子気体におけるBCS-BECクロスオーバー現象では, 相互作用を強くするにつれてエネルギースケールが大きくなり, 擬ギャップ構造は徐々に顕著になることが知られている。しかしながら, 本研究の結果, 軌道フェッシュバッハ共鳴を有する4成分フェルミ原子気体の場合, 占有する原子数の多い2成分(open channel)の状態密度は従来と同様の振る舞いが見られるが, 占有する原子数の少ない2成分(closed channel)の状態密度においては, 相互作用を弱くするにつれて擬ギャップのサイズが大きくなりながら消えていくという全く異なる振る舞いが生じることを理論的に明らかにした。さらに, この現象の観測可能性について明らかにするため, 現在, フェルミ原子気体の実験において, 原子を捕獲するために用いられるトラップポテンシャルの影響を理論的に取り入れ, 観測可能量であるphotoemissionスペクトルの解析を行っている。 We theoretically investigated effects of pairing fluctuations in a 4-component Fermi gas with an orbital Feshbash resonance. It has been known that in a model describing this system, an experimentally inaccessible bound state is included. In the previous works, the contribution from this state is removed by introducing a cutoff parameter. In this work, we successfully removed this bound state from the theory without using the artificial cutoff parameter. Calculating the density of states (DOS), the pseudo gap phenomena, in which a dip structure as shown in the superfluid phase appears in DOS even above the superfluid transition temperature, in this system was theoretically investigated. In the BCS-BEC crossover in a conventional s-wave interacting Fermi gas, the psudogap structure is known to become remarkable as increasing the interaction strength. On the other hand, we found that, while the same interaction dependence was show in the DOS of the open channel atoms, the pseudogap in the DOS of the closed channel atoms gradually disappears as decreasing the interaction strength, but its size becomes larger at the same time. To check the possibility of the experimental observation of this novel pseudogap phenomenon, we are now investigating the photoemission spectrum of this system by including the effects of the trap potential within the local density approximation.