量子物理学：双極子量子気体の圧縮振動による超固体の対称性の破れ

超固体は、超流動体の摩擦のない流れと固体の結晶に似た周期的な密度変調が組み合わさったエキゾチックな物質である。物質の超固体相は、固体ヘリウムに対して50年前に予測された。最近、さまざまな種類の制御可能な相互作用によって、結晶に特有の周期的な秩序が極低温量子気体に生み出されている。D次元超固体の極めて重要な特徴D+1個のギャップレス励起の出現であり、これは、超流動現象の原点での原子波動関数の位相同期に対応する位相不変性の破れと、系の格子構造に起因する並進不変性の破れという、2つの連続対称性の自発的な破れに伴うゴールドストーンモードを反映している。そうしたモードは精力的な理論研究の対象であるが、実験的にはまだ観測されていない。今回我々は、超固体の対称性の破れを、調和トラップに捕獲した双極子ボース・アインシュタイン凝縮体における2つの異なる圧縮振動モードの出現を通して実証したことを報告する。これは、均一系のギャップレスゴールドストーン励起を反映している。我々は、より高い周波数モードが、出現した格子の周期性の振動と関連しており、より低い周波数モードが、超流動体の振動の特徴であることを観察した。今回の研究結果はまた、超流動体、超固体、固体に似た配置の間に2つの別個の量子相転移が存在していることを示唆している。

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