多体量子物理学
 
       
 
 量子多体系は多彩な現象を示し、それらはしばしば人間の想像を遥かに超えることがあります。量子物理学の研究の目的はこのような新しい量子現象の発見、未知の量子メカニズムの解明、新規物質材料の発見、および新エレクトロニクス技術への応用にあります。物理現象は普遍的な法則に従っておこり、その普遍的法則を見つけることも研究の目的の一つです。

 自然界にはスケールの大きさによる階層構造があり、不思議なことに各階層で同じあるいは類似の物理法則に従って物理現象が起きています。超伝導の理論は、南部-Jona-Lasinioにより相対論的なモデルとなり、素粒子の基本法則となっています。南部さんは、超伝導の方程式が、フェルミ粒子を記述するディラック方程式に似ていることに最初に気がつきました。すなわち、宇宙は超伝導体であり、超伝導状態にはギャップ(すなわち質量)が存在するように、粒子も質量を持つということになります。われわれは超伝導体の中にいますが外から眺めることはできないわけです。しかしながら、超伝導体の中にいるわれわれが、各種の元素から超伝導体を合成することができます。この超伝導体は外から眺めることができます。 このようなことは、宇宙、素粒子、凝縮系も統一的な理論により理解できる可能性を示しています。

 多体問題は主として、理論的方法、数値的方法により研究されます。理論的方法においては、場の理論が研究道具であり、場の理論は物理学の言語と言うべきものです。素粒子から、電子論、宇宙まで場の理論によって記述されます。たとえば、相転移の研究においては、臨界指数が場の理論の方法により計算されました。近藤効果の研究においては、くりこみ群の方法により低温の状態が明らかにされ、K.G. Wilsonは数値的にくりこみ群の計算を遂行し、絶対零度の物理量を計算しました。それにより、有名なWilson比を導きました。近藤効果において導かれたくりこみ群のベータ関数は、漸近自由性を示す式であり、Gross、Wilczeck、Politzerらはこの式を知ってか知らずか知りませんが、量子色力学において同様の式を導きました。近藤効果においては、低温(低エネルギー)に強結合の固定点があり、高温(高いエネルギー)の極限は漸近自由となり、これら二つをつなぐクロスオーバーとも言うべき領域で有名な対数特異性が現われます。このことはそのままクォークの力学においても起こっています。

 最近は、超伝導理論はゲージ理論としてAdS/CFT対応を通して重力理論との対応もあります。  
 
 
  Condensed Matter Physics: Electronics Research Institute