極低温原子：コヒーレンスの広がりに関する普遍的な速度限界

光の速度から情報伝播におけるリーブ–ロビンソン限界まで、物理過程の基本的な速度限界の発見は、その根底にある物理学の理解における飛躍につながることが多い。今回我々は、弱く相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体の形成時に生じるコヒーレンスの広がりという、典型的な多体現象について、そうした限界を観測した。我々は、最初は平衡から大きく外れた非コヒーレント低エネルギー状態にあって、平衡状態に向かって緩和する際に凝縮する、孤立した均一原子気体において凝縮体の形成を調べた。凝縮を駆動する原子間相互作用を調整することによって、系全体へのコヒーレンスの広がりが、最初は弱い相互作用では遅く強い相互作用では速いが、最終的には常に同一の限界に達することが示された。この限界値では、コヒーレンス長の2乗は、プランク定数と粒子質量の比、すなわち、量子渦に関連する速度循環の量子によって与えられる普遍的な速度で増加する。これらの観測結果は、初期状態、気体密度、系のサイズの変化に対してロバストであった。今回の結果は、平衡状態から大きく外れた普遍性の理論のベンチマークとなり、大規模コヒーレンスに依存する量子技術に関連してくるとともに、他の系における同様の測定を促すものである。

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