量子物理学：希薄な磁性量子液体の自己束縛液滴

自己束縛多体系は、引力と斥力が釣り合って形成され、多くの物理シナリオで生じる。液滴は、自己束縛系の一例で、粒子間ポテンシャルのさまざまな成分に由来する相互引力と相互斥力が釣り合って形成される。極低温原子の自己束縛集団は、稠密な量子液体から形成されるヘリウム液滴の10 ⁸分の1以下の原子数密度で存在すると推測されている。しかしこうした集団は、引力か斥力のいずれかであって両方では決してない、到達範囲がゼロという通常の接触相互作用とは別の力が必要であるため、これまで明確になっていなかった。不安定なボソン双極子気体を斥力多体項によって安定化できるという最近の知見に基づいて、磁性原子の三次元自己束縛量子液滴が存在するはずであると予言された。本論文では、トラップを使わない浮上磁場中でそうした液滴を観察した結果を報告する。この希薄な磁性量子液体には最小の臨界原子数が必要で、この原子数以下では、個々の成分の量子圧力によってこの液体が蒸発して膨張する気体になることが見いだされた。その結果として、極低温原子を用いた量子縮退領域において、この臨界原子数付近で気体と自己束縛液体の間の相互作用に駆動された相転移が観察された。こうした液滴は、原子核やヘリウムの液滴などの強相関自己束縛系の希薄版である。

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