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量子物理学：加速器リングにおける極超音速のボース・アインシュタイン凝縮体
Nature 570, 7760 doi: 10.1038/s41586-019-1273-5
最も高感度で精密な測定のいくつか、例えば、慣性、重力、回転の測定は、自由落下する原子雲による物質波干渉法に基づいている。極めて高い感度を実現するには、問い合わせ時間（interrogation time）を非常に長くしなければならないため、実験装置の背丈を非常に高くする（場合によっては10 mあるいは100 mに達する）か、宇宙の微小重力状態で実験を行う必要がある。例えば、アトムトロニック回路や物質波導波路において重力加速度を相殺すれば、小型のデバイスでも問い合わせ時間を長くし、それにより感度を向上させられると予想される。今回我々は、ボース・アインシュタイン凝縮体（BEC）を巨視的な距離にわたって輸送することによって、滑らかで制御可能な物質波導波路が得られることを実証する。我々は、中性原子の加速器リングを使って、BECを非常に高い速度（BECの音速の16倍）にし、内部コヒーレンスを完全に保ちながら、磁性を有する物質波導波路中で15 cm輸送した。得られた原子当たり4万ℏ（ℏは換算プランク定数）を超える角運動量によって、より高いランダウ準位の量子ホール状態が実現され、実現された極超音速と、ピコケルビンの精度でポテンシャルを制御できる能力とを組み合わせることで、超流動の研究が促進され、極低温原子のトンネリングや広範囲の輸送領域が生じる。コヒーレントな物質波導波路は、非常に小型のデバイスで数秒間という相互作用時間を可能にし、慣性航法や重力マッピングなどの応用向けの携帯可能な誘導原子干渉計の実現につながると予想される。
