極低温原子の量子時間反射と屈折

時間反射と時間屈折は、フェルマーの原理から導かれる空間境界効果の時間版である。それらは、媒質の特性の急激な変化が導入された時間境界に古典波がぶつかるときに起こる。時間反射波と時間屈折波の主な特徴は、周波数の変化と運動量の保存であり、極端な波を誘導し物質の相を制御する新しい自由度をもたらす。この概念は、当初、光波を操作するために50年以上前に提唱された。しかし、光学物質の超高速エンジニアリングが極めて困難であるため、時間境界効果の実験的実現は、まだ難しい。今回我々は、極低温原子の運動量格子に時間境界を導入し、実験的に時間反射と時間屈折を同時に実証している。我々は、Su–Schrieffer–Heeger原子鎖へのガウス重ね合わせ状態の投入を通して、入力状態が時間境界にぶつかる際に、時間反射波と時間屈折波を観測している。さらに我々は、乱れの強さの増大とともに時間反射/屈折から局在化への遷移を検出し、時間境界効果がかなりの乱れに対してロバストであることを示す。今回の研究は、時間境界や時空間格子、それらと非エルミート性や多体相互作用の相互影響の今後の探究への新たな道を開く。