.
О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Беларусь
Читайте нас:
На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.103404.html

статья Подтверждено существование тримеров Ефимова

Максим Борисов, 21.03.2006
Реклама

Плотность распределения вероятности состояния Ефимова как функция двух "гиперуглов", которые управляют формой треугольника с тремя частицами. На этом изображении отложенный радиус в любом направлении от центра объекта соответствует значению плотности вероятности принятия специфической треугольной формы. При этом "пики" указывают на несколько более высокую вероятность нахождения системы в такой конфигурации, где два из этих трех атомов сближаются друг с другом, тогда как почти сферическая часть этого объекта означает, что все другие формы треугольника принимаются с примерно сопоставимыми вероятностями. Изображение и текст: Nature (с сайта PhysicsWeb). И сам Виталий Ефимов (с фото 1977 года) с сайта www2.uibk.ac Известно, что описывать взаимодействия физических объектов друг с другом становится очень сложно, если в процессы таких взаимодействий вовлечено больше двух объектов за раз. Так, например, теория гравитации Ньютона, позволяющая прекрасным образом рассчитывать поведение отдельных планет Солнечной системы, обращающихся по своим орбитам вокруг Солнца, на любой момент времени в будущем, имеет известные трудности в случае "задачи трех тел": решение системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение системы, состоящей из трех тел, гравитационно взаимодействующих друг с другом, в общем случае уже невозможно выразить через интегралы от элементарных и стандартных специальных функций, и приходится использовать приближения и компьютерное моделирование. Не меньшие сложности испытывают ученые и при обращении к задаче трех тел в мире малых величин. Но вот теперь австрийские и американские физики смогли найти подтверждение существования предсказанного еще 35 лет назад редкого "квантового состояния Ефимова" (Efimov quantum states) трех частиц - в газе, образованном ультрахолодными атомами цезия.

Предсказание было сделано в 1970 году российским физиком-теоретиком Виталием Ефимовым, работавшим тогда в Физическом институте имени Иоффе (ныне Ефимов занимается ядерной физикой в американском Университете Вашингтона - University of Washington). Его работа ("Слабосвязанные состояния трех резонансно взаимодействующих частиц" - PDF) была первоначально опубликована на русском языке в советском журнале "Ядерная физика" (т.12, вып.5), ну а перевод на английский язык был осуществлен год спустя.

Ефимов предположил существование целого семейства связанных квантовых состояний у трех тел (так называемых тримеров (trimer) - трех идентичных частиц с резонансными двухчастичными взаимодействиями). Три атома, находящихся в этом необычном квантовом состоянии ("треугольник Ефимова"), связаны между собой, несмотря на то, что связи между любой парой этих атомов (димерами (dimer)) в системе отсутствуют... Столь "противоестественная" с обыденной точки зрения ситуация (никаких классических аналогов такому состоянию нет) возможна для бозонов - то есть частиц, подчиняющихся статистике Бозе-Эйнштейна, спин которых характеризуется целыми числами. Чтобы как-то охарактеризовать состояние Ефимова, необходимо полностью положиться на его описание в терминах квантовомеханических волновых функций. К сожалению, многочисленные исследования на эту тему до сих пор не могли подтвердить существование такого состояния трех бозонов в природе.

Удача улыбнулась Гансу-Кристофу Нэгерлю (Hanns-Christoph Nägerl) из Инсбрукского университета (Innsbruck University) и его коллегам из Инсбрука и Чикаго, проводившим исследования в лаборатории профессора Рудольфа Гримма (Rudolf Grimm). Они смогли охладить газ, состоящий из атомов цезия, до рекордных 10 нанокельвинов (результаты экспериментов приводятся в научном журнале Nature от 16 марта 2006 года). Применялось наложение специальным образом сконфигурированного магнитного поля для того, чтобы точно подстроить "длину рассеяния" (это параметр, определяющий интенсивность взаимодействия между атомами). Управление длиной рассеяния в данном случае считается критически важным фактором, ведь для каждого выбранного взаимодействия нужно добиваться того, чтобы радиус действующих сил был много меньше длины рассеяния, а иначе наблюдаются лишь парные взаимодействия между атомами (исследовали ловили "подпись"-сигнатуру нужного состояния, изучая потери на рекомбинацию). Австро-американская научная группа сделала вывод, что резонанс, соответствующий состоянию Ефимова, можно наблюдать при длине рассеяния, приблизительно равной 850a0, где a0 - это так называемый боровский радиус (радиус ближайшей к ядру водорода электронной оболочки (расстояние, на котором с наибольшей вероятностью можно обнаружить электрон), обычная единица измерения расстояний в ядерной физике, которая соответствует 0,53 ангстрема или 0,53x10-10 м). И это значение находится в прекрасном согласии с теоретическими предсказаниями.

"Состояние Ефимова дает нам необычайно простое решение известной своей сложностью задачи трех тел, - поясняет Нэгерль. - Мы надеемся, что наши исследования приведут к появлению более точных теоретических и экспериментальных работ, ведущих в свою очередь к более глубокому пониманию этой проблемы". Исследователи теперь надеются подтвердить свои результаты, измеряя в ходе эксперимента свыше одного резонанса Ефимова, а также планируют более детально изучить свойства этих "состояний трех тел". Утверждается, что это открытие может привести к появлению совершенно новой исследовательской специализации, посвященной выявлению квантовомеханического поведения у совокупностей, состоящих сразу из нескольких взаимодействующих частиц.

На рисунке:
Плотность распределения вероятности состояния Ефимова как функция двух "гиперуглов", которые управляют формой треугольника с тремя частицами. На этом изображении отложенный радиус в любом направлении от центра объекта соответствует значению плотности вероятности принятия специфической треугольной формы. При этом "пики" указывают на несколько более высокую вероятность нахождения системы в такой конфигурации, где два из этих трех атомов сближаются друг с другом, тогда как почти сферическая часть этого объекта означает, что все другие формы треугольника принимаются с примерно сопоставимыми вероятностями. Изображение и текст: Nature (с сайта PhysicsWeb). И портрет самого Виталия Ефимова (с фото 1977 года) с сайта www2.uibk.ac

Источники:
Evidence for Efimov quantum states in an ultracold gas of Cs atoms - ultracold.atoms Institut für Experimentalphysik, University of Innsbruck
Evidence for Efimov quantum states in an ultracold gas of cesium atoms - arXiv.org - cond-mat (препринт)
Bosons form quantum threesome - PhysicsWeb
Atoms in new state of matter behave like Three Musketeers: all for one, one for all - The University of Chicago News Office

Ссылки:
Бозоны формируют квантовые тройки - "Компьютерра"
Атомы сообразили на троих - Газета.Ру

Максим Борисов, 21.03.2006


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама
Выбор читателей