超低温気体：BKT超流動体における第一音波と第二音波の観測

液体ヘリウムIIにおいて摩擦のない流れが観測されて以来、さまざまな形態の超流動性が関心を引いてきた。三次元空間では、超流動性は概念的に、臨界温度での長距離秩序の出現と関連付けられている。二流体モデルによって予想され、液体ヘリウムと極低温原子気体の両方で観測されているように、超流動性の特徴の1つは2種類の音波励起、すなわち第一音波と第二音波の存在である。二次元系では、熱ゆらぎによって長距離秩序が妨げられるが、それでも、超流動性は非ゼロの臨界温度において、無限次のベレジンスキー–コステリッツ–サウレス（BKT）転移を通して現れ、この転移には、流体の熱力学的特性に不連続性がない超流動体密度のユニバーサルジャンプが伴う。また、BKT超流動体では、2つの音波が生じるとも予想されているが、今のところ実験的には確認されていない。今回我々は、均一な二次元原子ボース気体において第一音波と第二音波を観測し、温度に依存する2つの音速を用いて、この気体の超流動体密度を決定したことを報告すてる。今回の結果は、臨界温度における超流動体密度のユニバーサルジャンプの予想を含め、BKT理論の予想と一致する。

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