量子物理学：連続並進対称性を破る量子気体における超固体の形成

超固体状態の概念は、多体系の結晶化と、多体系を構成する原子の無散逸流動を組み合わせたものである。この量子相は、超流動体の位相不変性と、結晶を形成するための連続並進不変性という2つの連続対称性を破る必要がある。超固体は、約50年前にヘリウムについて提唱されたにもかかわらず、その実験的検証はまだ困難である。事前に強制された格子構造において離散並進対称性のみが破れた変種である「格子超固体」は、ボース・アインシュタイン凝縮体の自己組織化に基づいて実現された。しかし、格子超固体は、当初提唱された超固体状態を特徴付ける連続的な基底状態縮退を特徴としていない。今回我々は、量子気体において一方向に連続並進対称性の破れた超固体を実現したことを報告する。破れた連続対称性は、ボース・アインシュタイン凝縮体を2つの光共振器のモードと対称的に結合させることによって、2つの離散的空間対称性から現れる。我々は、超固体の位相コヒーレンスを確立し、共振器から漏れる光場を通して結晶位置を何度も測定することによって高い基底状態縮退を見いだした。また、こうした光場を用いて、位置ゆらぎもリアルタイムで測定した。今回の概念によって、無秩序存在下の超固体などの、制御して基底状態縮退を解くことができるガラス状多体系を作り出して研究する手段が得られる。

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