新潟大ら，レーザー冷却で量子流体中の力に知見

新潟⼤学と独ハイデルベルク⼤学は，極低温の量⼦流体中に浮かべられた粒⼦間に，⻑距離ではファンデルワールス⼒と呼ばれる分⼦間⼒と同じ⼒が働くことを理論計算から明らかにした（ニュースリリース）。

近年のレーザー技術の発達により，絶対零度に近い極低温（数⼗ナノケルビン程度）の原⼦気体を⾼精度で制御することが可能となった。絶対零度近くまで冷却された原子集団は量子状態を高精度に制御可能な系として近年注目されており，ミクロな世界における力を調べる上でも格好の舞台となっている。

特に，極低温まで冷却された原⼦気体では，原⼦の集団が⼀⻫に同じ状態を占めることで，マクロな世界で量⼦⼒学的な性質が露わとなる超流動と呼ばれる状態が実現される。

超流動体中に置かれた不純物の性質として，「不純物間に働く⼒」が注目されている。これまでの研究では，超流動を記述するボゴリューボフ理論と呼ばれる⼿法などを⽤いて，不純物間には湯川ポテンシャルと呼ばれるポテンシャルエネルギーで記述される⼒が働くことが⽰されていた。

湯川ポテンシャルは原⼦核に働く⼒を記述するために導⼊したもので，⼗分に⻑距離ではほとんど⼒を伝えないという特徴を持つ。超流動体中に置かれた不純物を⼗分離すと，不純物間に作⽤する⼒は本当になくなってしまうのか謎だった。

研究グループは今回，極低温の量子流体中に浮かべられた粒子間に，長距離ではファンデルワールス力が働くことを理論計算から明らかにした。これは，極低温で実現する原⼦超流動体中の不純物粒⼦に，量⼦揺らぎに起因した普遍的な⻑距離⼒が作⽤することを新たに明らかにしたもの。

この超流動体中において⻑距離で働く新しい⼒の発⾒は，極低温の量⼦流体中に置かれた複数の不純物の挙動を理論的に記述するための基盤を与える結果と期待できるものだという。

この新たに⾒い出した⼒からどのような構造が⽣まれるのかを調べることは，この研究から直接発展する興味深い課題。研究グループは，核⼒から「原⼦核」という物質の存在形態が⽣まれるのに類似して，不純物が超流動流体中でどのような存在形態を実現するのか明らかにしていくことが，今後の展開として期待できるとしている。