Interference pattern formation between bound solitons and radiation in momentum space; Possible detection of radiation from bound solitons with Bose-Einstein condensate of neutral atoms

束縛ソリトンと輻射の運動量空間における干渉; 中性原子のボース・アインシュタイン凝縮における輻射の観測

藤嶋 浩史*; 奥村 雅彦   ; 峰 真如*; 矢嶋 徹*

Fujishima, Hironobu*; Okumura, Masahiko; Mine, Makoto*; Yajima, Tetsu*

原子物理学分野の最新の進展として、原子ガス集団をレーザー冷却することでボース・アインシュタイン凝縮を起こすことが見いだされており、その凝縮状態を制御することで原子レーザーへの応用等が提案され、多くの研究者の注目を受けている。本論文発表では、上記凝縮体に着目し、得られた研究成果を発表する。具体的な成果は以下の通りである。1次元凝縮系では、ソリトンが安定な存在形態であることが知られているが、そこからずれた初期状態を時間発展させた場合には、「輻射」と呼ばれる微小成分を放出して、最終的にソリトンになることが示唆されている。しかし、これまでこの輻射現象は実験で確認されていない。その理由の一つは、放出される輻射の振幅が小さすぎて観測が大変困難だからである。われわれは、ソリトンと輻射が波動であることに注目し、実空間での輻射自体の観測が難しい場合でも、輻射とソリトンの束縛状態との運動量空間での干渉が観測可能であることを示した。特に、中性原子気体のボース・アインシュタイン凝縮では、運動量分布が主な観測量となるため、運動量空間での干渉はこの系において容易に観測されることが期待される。また、本系において、この干渉を観測するための実験パラメータについても示した。

We propose an indirect method for observing radiation from an incomplete soliton with a sufficiently large amplitude. We show that the radiation causes a notched structure on the envelope of the wave packet in the momentum space. The origin of this structure is the interference between the main body of oscillating solitons and the small radiation in the momentum space. We numerically integrate the nonlinear Schrdinger equation and perform Fourier transformation to confirm that the predicted structure really appears. We also show a simple model which reproduces the qualitative result. The experimental detection of the notched structure with the Bose-Einstein condensation of neutral atoms is discussed and suitable parameters for this detection experiment are shown.