フォトニクス：フォトニック合成周波数次元における非アーベル型格子ゲージ場

非アーベル型ゲージ場は、スピンを有する粒子を記述する概念的枠組みを提供するものであり、電気力学、凝縮系物理学、そして素粒子物理学における多くの現象の根底にある。非アーベル型ゲージ場の格子モデルによって、広範な系におけるその物理的意味を理解することが可能になる。非アーベル型格子ゲージ場の理論的重要性は、その実験的合成と探索の動機付けとなっている。光子は人工的なゲージ場を合成できる基本粒子であるが、光子の場合の非アーベル型格子ゲージ場の実証はまだ実現されていない。今回我々は、スケーラブルでプログラム可能なやり方で格子物理を研究できる場である合成周波数次元において、光子の場合のSU(2)格子ゲージ場を実証する。我々は今回の格子モデルで、一様な非アーベル型格子ゲージポテンシャルがブリルアンゾーンにおける時間反転不変運動量でのディラック・コーンを誘起することを理論的に観測した。我々は、ディラック・コーンでの線形バンドの交差と、それに伴う固有状態の軌跡の方向反転という2つの特徴によって、非アーベル型格子ゲージ場の存在を実験的に確認した。さらには、ディラック・コーンの縮退を解く非アーベル型スカラー格子ゲージポテンシャルを実証した。今回の結果は、トポロジカル物理学における非アーベル型格子ゲージ場の意義を浮き彫りにしており、フォトニック合成次元における創発的な非アーベル型物理学を実証する出発点となる。また今回の結果は、トポロジカルに非自明なやり方で光子のスピンと擬スピンを制御することによって、フォトニック技術に恩恵をもたらす可能性もある。

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