論文の概要: Angular momentum of rotating fermionic superfluids by Sagnac phonon interferometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02664v2
• Date: Wed, 05 Nov 2025 14:16:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-06 13:56:26.197742
• Title: Angular momentum of rotating fermionic superfluids by Sagnac phonon interferometry
• Title（参考訳）: サニャックフォノン干渉法による回転性フェルミオン超流体の角運動量
• Authors: Marcia Frómeta Fernández, Diego Hernández Rajkov, Giulia Del Pace, Nicola Grani, Massimo Inguscio, Francesco Scazza, Sandro Stringari, Giacomo Roati,
• Abstract要約: 環状フェルミオン超流体の2つの反伝播長波長フォノンをコヒーレントに励起することで、その場でのループ干渉計を実現する。 調整可能な温度で干渉計を動作させることで、一元性フェルミガス中の超流動の熱劣化を測定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fermionic many-body systems provide an unrivaled arena to investigate how interactions drive the emergence of collective quantum behavior, such as macroscopic coherence and superfluidity. Central to these phenomena is the formation of Cooper pairs, correlated states of two fermions that behave as composite bosons and condense below a critical temperature. However, unlike elementary bosons, these pairs retain their internal structure set by underlying fermionic correlations, essential for understanding superfluid properties throughout the so-called Bose-Einstein condensate (BEC) to Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) crossover-- a cornerstone of strongly correlated fermionic matter. Here, we harness a sonic analog of the optical Sagnac effect to disclose the composite nature of fermionic condensates across the BEC-BCS crossover. We realize an in-situ loop interferometer by coherently exciting two counter-propagating long-wavelength phonons of an annular fermionic superfluid with tuneable interparticle interactions. The frequency degeneracy between clock- and anticlock-wise sound modes is lifted upon controllably injecting a quantized supercurrent in the superfluid ring, resulting in a measurable Doppler shift that enables us to probe the elementary quantum of circulation and the angular momentum carried by each particle in the fermionic fluid. Our observations directly reveal that the superflow circulation is quantized in terms of $h/2m$, where $m$ is the mass of the constituents, in striking contrast to bosonic condensates where $h/m$ is the relevant circulation quantum. Further, by operating our interferometer at tunable temperature, we measure the thermal depletion of the superfluid in the unitary Fermi gas, demonstrating phonon interferometry as a powerful technique for probing fundamental properties of strongly-correlated quantum systems.
• Abstract（参考訳）: フェルミオン多体系は、相互作用がマクロコヒーレンスや超流動性のような集合量子の振る舞いの出現をいかに促進させるかを研究するために、未定の領域を提供する。 これらの現象の中心はクーパー対の形成であり、2つのフェルミオンの相関状態は臨界温度以下で複合ボソンと凝縮として振る舞う。 しかし、基本的なボソンとは異なり、これらのペアは、強相関のフェルミオン性物質であるバルディーン=クーパー=シュリーファー (BCS) とボース=アインシュタイン凝縮体(英語版) (BEC) の超流動性を理解するのに必須であるフェルミオン性相関によって内部構造を保っている。 ここでは、光サニャック効果のソニックアナログを用いて、BEC-BCSクロスオーバーを横断するフェルミオン凝縮体の合成的性質を開示する。 粒子間相互作用を調整可能な環状フェルミオン超流体の2つの反伝播長波長フォノンをコヒーレントに励起することにより、その場でのループ干渉計を実現する。 超流動リング中の量子化超電流を制御的に注入すると、時計回りの音モードと反時計回りの音モードの周波数縮退が立ち上がり、その結果、フェルミオン流体中で各粒子が持つ基本量子と角運動量を調べることができる測定可能なドップラーシフトが生じる。 我々の観察では、スーパーフローの循環は$h/2m$で量子化され、$m$は成分の質量であり、$h/m$は関連する循環量子であるボゾン凝縮とは対照的である。 さらに, 温度調整可能な温度で干渉計を動作させることにより, 単一フェルミガス中の超流動の熱劣化を測定し, 強相関量子系の基本的な性質を探索する強力な技術としてフォノン干渉計を実証する。

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