電漿、光媒與固體中古典波動的超導體型式二級相變之實驗演示

"超導體相變是現代物理中最令人讚嘆的發現之一，也提供許多物理的重要概念，包括自發對稱破缺、長程排序、多體效應、玻色-愛因斯坦凝聚等。超導體相變研究不單只為學術研究而進行，同時也具備巨大潛在應用價值。我們計畫目標為演示創建在電漿、光纖與固體中古典超導體狀態，這是首次在實驗室中驗證玻色-愛因斯坦凝聚概念的普遍性，並建立實際應用的基礎。特別是這種直接應用可以被發現在用自由電子雷射等範圍從微波到X光所產生的超連續體中。另外，我們也嘗試利用這種新的物理現象來創建量子電漿子的玻色-愛因斯坦凝態。
本計畫基於下列進行中或過去的科技部計畫成果：
(1)古典蘭摩爾波的超導體型式二級相變之理論與數值模擬確認[1, 2]。
(2)發現蘭摩爾波的超連續體狀態相似於超導體狀態，顯示無阻尼性質、明顯長程排序的寬頻頻譜特性[1, 2, 3]。
(3)發現出現自發對稱破缺與蘭摩爾波超連續體相變中的U(1)對稱有關[2]。
(4)四波混頻的蘭摩爾波的wave action增加是關鍵。
(5)發明新的實體量測方法能評估古典超導體相變、排序參數、一級同調性及諾伊曼熵[1, 2]。
(6)利用聚熱力學勢非線性薛丁格方程式來描述古典超導體相變[2]，可涵蓋不同的非線性波，包括電漿、光纖、玻色-愛因斯坦凝聚、中性流體等中的光傳播。
本計畫由下列3個實驗組成：
(1)產生蘭摩爾波與電漿中古典蘭摩爾波的超導體型式相變：目的為驗證蘭摩爾波產生與超導體相變的理論模型，實驗將在成大電漿所的磁化電漿實驗裝置進行。
(2)驗證光纖中的超導體相變：本實驗嘗試確認我們模型的普遍性，另外我們設計新的機制利用連續光源來產生同調超連續光譜。本實驗使用微結構化的光子晶體光纖，能控制使用雷射作為光源時的光傳播性質。這種光的可控制性與電磁感應透明現象有關。[4]
(3)在固體中產生電漿子的玻色-愛因斯坦凝態：本實驗的挑戰在於進行確認個別激發與集體激發的凝態(量子電漿子)之轉變，我們的實驗演示將促進半導體電漿與雷射光激發電漿子等研究之發展。
[1] E. Kawamori, Phys. Plasmas, (2017).
[2] E. Kawamori, arXiv, (2017).
[3] E. Kawamori, JSPF, (2017).
[4] E. Kawamori, PRL (2012)."