２００４年にフェルミ原子気体40K、 6Liで相次いで観測された超流動では、フェッシュバッハ共鳴と呼ばれる機構により、クーパー対形成に必要な引力相互作用を自在に制御することができる。
この画期的な特徴を活かして実現されたのがＢＣＳ−ＢＥＣクロスオーバーであり、そこでは相互作用を強くするにつれ、金属超伝導で実現するＢＣＳ状態から、超流動転移温度以上で形成された分子ボソンのボーズアインシュタイン凝縮（ＢＥＣ）への連続的な移行が起こっている。
これにより、従来別々に研究されてきたフェルミ粒子系超流動（超伝導や液体ヘリウム３）とボーズ粒子系超流動（液体ヘリウム４や希薄ボーズ原子ガス）を統一的に扱うことが可能になった。 強結合領域で実現する超流動転移温度はフェルミ縮退温度の２０％程度にまで達しており、これは金属超伝導の場合に換算すると室温をはるかに超える“超”高温超伝導の実現に匹敵している。
また、ここで実現している超流動現象の物理的構造は金属超伝導のそれと本質的に同じであり、この系の研究は高温超伝導研究にも大いに資するところがあると考えられている。
この講義では、ＢＣＳ−ＢＥＣクロスオーバーという極めて興味深い現象について、粒子の統計性、ボーズ凝縮、ＢＣＳ理論といった基本的な話題から出発して詳しく解説する。 併せて最新の話題についても触れ、現在爆発的勢いで研究が進むフェルミ原子ガス超流動研究の面白さを伝えたいと考えている。
The BCS-BEC crossover realized in 40K and 6Li Fermi gases is one of the most exciting topics in the current research of cold atom physics.
In this phenomenon, the character of superfluidity continuously changes from the weak-coupling BCS type to the Bose-Einstein condensation (BEC) of tightly bound molecules (which have been already formed above the superfluid phase transition temperature Tc), as one increases the strength of a pairing interaction.
In 40K and 6Li Fermi gases, the strength of a pairing interaction is tuned by adjusting the threshold energy of a Feshbach resonance.
Using the BCS-BEC crossover, we can study fermion superfuidity (such as superconductivity and liquid 3He) and boson superfluidity (such as liquid 4He and dilute Bose gases) in a unified manner. Since the maximum Tc obtained in the strong-coupling BEC regime reaches Tc ~0.2TF (where TF is the Fermi temperature), this phenomenon is also expected to be useful for the study of high-Tc superconductivity.
In this lecture, I will explain the physics of the BCS-BEC crossover in a superfluid Fermi gas. Starting from some introductory talks on experimental results, the Bose-Einstein condensation and BCS theory, I will give a detailed explanation of this interesting phenomenon.
Since the BCS-BEC crossover is a very fundamental and general phenomenon covering both superconductivity and Bose-Einstein condensation, I hope that many graduate students will be interested in this lecture and get something from it.