量子物理学：サブサイクルの時間スケールでの光波に駆動される準粒子衝突

アーネスト・ラザフォードが金箔でα粒子を散乱させて以来、衝突実験によって、原子、原子核、素粒子に関するさまざまな知見が明らかになっている。固体では、励起子、ドロプルトン、ポーラロン、クーパー対など、準粒子と呼ばれる固有共鳴が、多体相関から生じる。準粒子の構造とダイナミクスは、モット絶縁状態、自発的なスピン秩序や電荷秩序、高温超伝導などの巨視的現象を定めるものであるため、重要である。しかし、準粒子の寿命は極めて短いため、適切な衝突型加速器の実現は極めて難しい。今回我々は、アト秒科学の基盤である光波に駆動される電荷輸送を利用して、超高速準粒子衝突を時間領域で直接調べた。フェムト秒光パルスによって、層状ダイカルコゲナイドの二セレン化タングステンに励起子の電子–正孔対が生成され、同時に、強いテラヘルツ場によって、電子が加速されて正孔と衝突する。衝突、対消滅、量子干渉、デフェージングなどの、波束の基本的なダイナミクスは、光励起の高次スペクトル側波帯における発光として検出された。全量子論によって、今回の観測結果は微視的に説明される。この方法によって、さまざまな複雑な準粒子の衝突実験が可能になり、サブフェムト秒パルスを生成する有望な新しい方法が示唆される。

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