理論系物理
時間・空間・物質の
統一的理解を目指して
物理学の進展は、人間のスケールを中心に据え、小さいスケールでは素粒子まで、大きいスケールでは広大な宇宙の果てまで、その研究対象を広げてきました。さらに、これらの両極端の理論の間には実は密接な繋がりが存在し、しばしばウロボロス*に例えられます。
*古代の象徴で、自らの尾を噛んで円を形づくる蛇(または竜)
文理学部物理学科では、主に素粒子物理学、物性物理学、宇宙物理学の3つの柱を専門とする理論系の教員が集結し、それぞれの専門知識を持ち寄って、時間・空間・物質の統一的理解を追求する理論研究を精力的に展開しています。
最新の量子情報理論が謎を解く鍵となる
物理の統一理解における最も重要な課題の一つは、一般相対論と量子論の統合です。近年、その鍵とされているのが「時空は『量子の情報』から構成される」という考え方です。この概念に基づき、異なる分野の教員が量子情報理論を共通言語に知識を統合し、万物の理解に向けた取り組みを進めています。
量子情報の基本単位は「0と1の重ね合わせ」で表現される量子ビットです。この量子ビットを利用した”量子コンピュータ”の開発競争が近年、世界的に盛んです。究極の理論を探求する物理学研究は、人類の「知」の領域を拡大すると同時に、未来の革新的なテクノロジーにも繋がっているのです。
研究
実験系物理
物質の特性を与える
原理の解明を目指して
物性物理学における実験的研究は、原子や分子から結晶、そして微粒子からマクロな素材まで、幅広いスケールの物質を対象としています。これらの物質の特性を決めるその電子の状態は、構成する原子の種類や数、そして隣接する原子間の距離と配置によって、様相とエネルギーの値が変わります。研究においては、この電子状態などを手掛かりとして、物質にその特性を与える原理を調べることになります。
温度、圧力、電磁場などを変える様々な実験環境
物質の状態は、それが置かれる環境で変化します。例えば分子の化学反応や固体の相転移における構造変化では、その電子状態が大きく変化します。ナノ~マイクロサイズの微粒子では、大きさや配位原子の種類によっても、その電子状態や動力学が変化します。
実験的研究では、真空から超高圧までの圧力変化、極低温から超高温までの温度変化、電場や磁場の印加、光励起などで物質の環境を様々に変え、それによる物質の状態変化を探ります。文理学部物理学科には、このような様々な環境変化を通じた物性実験の研究が行える研究室がそろっています。
研究
CHS物理学科
研究セミナー
※聴講を希望する学内の方(学生含む)は自由にご参加ください(登録不要、指定時間に指定場所に直接おいでください)
※聴講を希望する学外の方は入構手続き等が必要な場合がありますので事前にyamamoto.daisuke21[at]nihon-u.ac.jp(山本:[at]は@に置き換えてください)までメール等でご連絡ください(もしくは学内者に何らかの形で連絡してください)
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【研究セミナー】10/18(金)に第14回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。
10/18(金)に第14回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。
学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。
講演者 松本匡貴 氏
(上海交通大学・博士研究員)
第14回CHS物理学科研究セミナー
日時:2024年10月18日(金)
16:30~18:00
場所:日本大学文理学部 8号館 A-104, A-105 (物理学科セミナー室)
言語:日本語タイトル:プローブブレーンモデルによるワイル半金属における非線形電気伝導
概要:この講演では、プローブブレーンモデル(D3/D7モデル)によりホログラフィックに実現されたワイル半金属における非線形な電流-電場特性と臨界現象の解析について紹介する。ゼロ温度では、質量や軸性ゲージポテンシャルを変化させることで、電流-電場特性において特徴的な転移を示すことが分かった。この転移は、ワイル半金属的な電気伝導の振る舞いと絶縁体的な電気伝導の振る舞いの相互作用によって生じる特徴的な再接続現象と考えられる。さらに有限温度では、非線形な電流-電場特性に由来する電流駆動の相転移が生じることも確認した。この相転移において平衡系の類推から秩序変数を定義し、臨界点における臨界現象を調べた。
参考文献:M. Matsumoto, M. Mirjalali, A. Vahedi, Non-Linear Dynamics and Critical Phenomena in the Holographic Landscape of Weyl Semimetals, JHEP 08 (2024) 104, arXiv:2405.06484 [hep-th]
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【研究セミナー】6/13(木)に第13回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。
6/13(木)に第13回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。*普段より開始が1時間早いのでご注意ください。
学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。
講演者 Sidharth Rammohan 氏
(近畿大学・博士研究員)
第13回CHS物理学科研究セミナー
日時:2024年6月13日(木)
15:00~16:30
場所:日本大学文理学部 8号館 A-104, A-105 (物理学科セミナー室)
言語:英語タイトル:Tailoring the Phonon Environment of Embedded Rydberg Aggregates
概要:
State-of-the-art experiments can controllably create Rydberg atoms inside a Bose- Einstein condensate (BEC) [1]. The large Rydberg electron orbital volume contains many neutral atoms, resulting in electron-atom scattering events. The number of atoms within the orbit, and hence the Rydberg-BEC interaction, can be tuned by choice of principal quantum number or condensate density [1]. This makes the hybrid system a fascinating platform for quantum simulation. We studied the physics of the interaction and corresponding dynamics of single or multiple Rydberg atoms in two internal electronic states embedded inside a BEC, to assess their utility for controlled studies of decoherence and quantum simulations of excitation transport similar to photosynthetic light-harvesting.
We initially developed a theoretical framework to calculate the open quantum system input parameters like the bath correlation function and the spectral density, initially for a single Rydberg atom, possibly in two internal states with angular momentum quantum numbers l = 0 (|s⟩) and l = 1 (|p⟩) [2], in BEC and then for a chain of Rydberg atoms, forming an aggregate. The electron-atom contact interactions lead to Rydberg-BEC coupling, which creates Bogoliubov excitations (phonons) in the BEC.
Using this spin-boson model with the calculated parameters, we examine the decoherence dynamics of a Rydberg atom in a superposition of |s⟩ and |p⟩ states, resulting from the interaction with its condensate environment. Further, we investigated the emergence of the non-Markovian features in the system in the presence of a microwave external drive of the Rydberg atom using a stochastic computational technique for non-Markovian open quantum systems [3].
Finally, we extend this to the aggregate case, where one of the atoms in the aggregate is in the state |p⟩, while the rest are in the state |s⟩, resulting in excitation transport via dipole-dipole interaction [4]. We investigate the effects of non-Markovinity and decoherence on the excitation transport based on an effective model described by a Holstein Hamiltonian, allowing us to set up the dynamics similar to those found in light- harvesting complexes, but at a different time and energy scales.
References:
1. J. B. Balewski, et. al., ; Nature 502 664 (2013).
2. S. Rammohan, et. al.,; Phys. Rev. A 103, 063307 (2021).
3. S. Rammohan, et. al.,; Phys. Rev. A 104, L060202 (2021).
4. D. W. Schönleber, et. al.,; Phys. Rev. Lett. 114 123005 (2015). -
【研究セミナー】5/30(木)に第12回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。
5/30(木)に第12回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。
学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。
講演者 古郡 秀雄(ふるごおり ひでお)氏
(京都大学大学院理学研究科・特定研究員)
第12回CHS物理学科研究セミナー
日時:2024年5月30日(木)
16:00~17:00
場所:日本大学文理学部 8号館 レクチャーホール
言語:日本語タイトル:Dressed State Formalism in a Time Box – Constructing an Infrared-Finite S-matrix
概要:Due to the problem of infrared divergence, the S-matrix, which describes scattering processes, is not well-defined in the conventional formulation of quantum field theory. Dressed state formalisms are a strong candidate for constructing the S-matrix. In this talk, I will review the S-matrix and long-range interactions. Then I will propose a dressed state formalism. This formalism can construct a finite S-matrix, at least in quantum electromagnetism. It also encompasses asymptotic symmetry and memory effect, as expected from Strominger’s infrared triangle relation.
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2/16(金)に第11回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。
2/16(金)に第11回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。
学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。
講演者 遠藤 傑氏(NTTコンピュータ&データサイエンス研究所)
第11回CHS物理学科研究セミナー
日時:2024年2月16日(金)
16:00~17:00
場所:日本大学文理学部 8号館 A105室(物理学科セミナー室)
言語:日本語タイトル:一般化部分空間展開法
概要:量子コンピュータの大きな課題の1つは、ノイズの影響の制御であることは言うまでもない。そこで、エラーを抑制するための実用的なハードウェアへの負担の少ない量子エラー抑制技術を開発することが極めて重要である。本講演では、量子コンピュータにおける確率的エラー、コヒーレントエラー、アルゴリズムエラーを抑制することができる、量子エラー抑制法の統合フレームワークである一般化量子部分空間展開法を提案する。また、双対蒸留法を用いた一般化量子部分空間展開の効率な実装も提案し、適度なサンプリングオーバーヘッドで2倍のシステムサイズのシミュレーションも可能であることを示す。
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1/22(月)に第10回CHS物理学科研究セミナーが開催されます。
1/22(月)に第10回CHS物理学科研究セミナーが開催されますので、下記内容にご興味ある方は是非ご聴講ください。
学内の方は申し込み不要ですので、時間になりましたら直接指定場所にお越しください。学外からいらっしゃる方は、学内者に連絡をとるか、yamamoto.daisuke21[アットマーク]nihon-u.ac.jpまでメールしていただいた上でご参加ください。
講演者 田島 裕康氏(電気通信大学大学院情報理工学研究科)
第10回CHS物理学科研究セミナー
日時:2024年1月22日(月)
16:00~17:00
場所:日本大学文理学部 8号館 A105室(物理学科セミナー室)
言語:日本語タイトル:対称性・不可逆性・量子性の普遍的トレードオフとその応用
概要:対称性は物理学の指導原理の一つであり、一般相対論から物性物理に至るまでの幅広い分野で中心的な役割を果たす。この対称性が量子測定に対しても強力な制限を課す例として、Wigner-Araki-Yanase(WAY)定理が知られている。最近、このWAY定理を拡張して、様々な量子情報処理や熱力学過程、ブラックホール蒸発などに適用可能な不等式を発見した。本講演ではこの不等式の背景と、特に量子重力分野を中心とした応用について説明をする。