Ефимовское государство - Efimov state

В Эффект Ефимова это эффект в квантовая механика из системы нескольких тел предсказано русскими физик-теоретик Ефимов В. Н.^[1][2] в 1970 году. Эффект Ефимова - это когда три одинаковых бозоны взаимодействуют с предсказанием бесконечной серии возбужденных уровней энергии трех тел, когда состояние двух тел находится точно на пороге диссоциации. Одно следствие состоит в том, что существуют связанные состояния (называемые Ефимов заявляет) трех бозонов, даже если двухчастичное притяжение слишком мало, чтобы позволить двум бозонам образовать пару. (Трехчастичное) состояние Ефимова, в котором (двухчастичные) подсистемы не связаны, часто символически изображается Кольца Борромео. Это означает, что при удалении одной из частиц оставшиеся две разваливаются. В этом случае состояние Ефимова еще называют состоянием Борромео.

Теория

Компьютерное изображение квантового эффекта, предсказанного Ефимовым, похоже на "Русские матрешки".

Ефимов предсказал, что по мере приближения парных взаимодействий между тремя идентичными бозонами к резонансу, т.е. энергия связи некоторого связанного состояния двух тел стремится к нулю или длина рассеяния такого состояния становится бесконечным - трехчастичное спектр показывает бесконечную последовательность связанных состояний ${displaystyle N=0,1,2,ldots }$ чьи длины рассеяния ${displaystyle a_{N}}$ и энергии связи ${displaystyle E_{N}}$ каждая форма геометрическая прогрессия

${displaystyle a_{N}=a_{0}lambda ^{N}}$

${displaystyle E_{N}=E_{0}lambda ^{-2N}}$

где обычное отношение

${displaystyle lambda =mathrm {e} ^{mathrm {pi } /s_{0}}=22.69438ldots }$

- универсальная постоянная (OEIS OEIS: A242978).^[1] Вот

${displaystyle s_{0}=1.0062378ldots }$

это порядок модифицированная функция Бесселя мнимого порядка второго рода ${displaystyle { ilde {K}}_{s_{0}}(r/a)}$ описывающий радиальную зависимость волновой функции. В силу резонансных граничных условий это единственное положительное значение ${displaystyle s}$ удовлетворяющий трансцендентному уравнению

${displaystyle -scosh left.{ frac {mathrm {pi } s}{2}}ight.+{ frac {8}{sqrt {3}}}sinh left.{ frac {mathrm {pi } s}{6}}ight.=0}$.

Результаты экспериментов

В 2005 году впервые исследовательская группа Рудольф Гримм и Ханнс-Кристоф Нэгерл из Института экспериментальной физики Университет Инсбрука экспериментально подтверждено такое состояние в ультрахолодном газе цезий атомы. В 2006 году они опубликовали свои выводы в научном журнале Nature.^[3]Дальнейшие экспериментальные доказательства существования состояния Ефимова были недавно предоставлены независимыми группами.^[4] Спустя почти 40 лет после чисто теоретического предсказания Ефимова характерное периодическое поведение состояний подтвердилось.^[5][6]

Наиболее точное экспериментальное значение коэффициента масштабирования состояний было определено экспериментальной группой Рудольфа Гримма из Университета Инсбрука как 21,0 (1,3),^[7] очень близко к первоначальному предсказанию Ефимова.

Интерес к «универсальным явлениям» холодных атомарных газов продолжает расти, особенно из-за долгожданных экспериментальных результатов.^[8][9] Дисциплину универсальности в холодных атомных газах около состояний Ефимова иногда называют «физикой Ефимова».

В 2014 году экспериментальная группа Cheng Chin of the Чикагский университет и группа Маттиаса Вайдемюллера из Гейдельбергский университет наблюдали состояния Ефимова в ультрахолодной смеси литий и цезий атомы^[10][11] что расширяет исходную картину трех одинаковых бозонов Ефимова.

Состояние Ефимова, существующее как возбужденное состояние тример гелия наблюдалась в эксперименте 2015 г.^[12]

Применение

Состояния Ефимова не зависят от лежащего в основе физического взаимодействия и в принципе могут наблюдаться во всех квантово-механических системах (т. Е. Молекулярных, атомных и ядерных). Состояния очень особенные из-за их «неклассической» природы: размер каждого Трехчастичное состояние Ефимова намного больше, чем диапазон сил между отдельными парами частиц. Это означает, что состояние чисто квантово-механическое. Подобные явления наблюдаются в двухнейтронной гало-ядра, такие как литий-11; они называются Борромео ядра. (Ядра гало могут рассматриваться как особые состояния Ефимова, в зависимости от тонких определений.)

использованная литература

1. В.И. Ефимов: Слабосвязанные состояния трех резонансно взаимодействующих частиц, Ядерная Физика, т. 12, вып. 5, 1080-1090, 1970 г.
2. Ефимов, В. (1970). «Уровни энергии, возникающие из резонансных сил двух тел в системе трех тел». Письма по физике B. 33 (8): 563–564. Bibcode:1970ФЛБ ... 33..563Э. Дои:10.1016/0370-2693(70)90349-7.
3. Т. Кремер; М. Марк; П. Вальдбургер; J. G. Danzl; C. Чин; Б. Энгезер; А. Д. Ланге; К. Пильч; А. Яаккола; Х.-К. Нэгерл; Р. Гримм (2006). «Доказательства квантовых состояний Ефимова в ультрахолодном газе атомов цезия». Природа. 440 (7082): 315–318. arXiv:cond-mat / 0512394. Bibcode:2006Натура.440..315K. Дои:10.1038 / природа04626. PMID  16541068.
4. Knoop, S .; Ferlaino, F .; Марк, М .; Berninger, M .; Schöbel, H .; Nägerl, H. -C .; Гримм, Р. (2009). «Обнаружение тримерного резонанса типа Ефимова в ультрахолодном атомно-димерном рассеянии». Природа Физика. 5 (3): 227. arXiv:0807.3306. Bibcode:2009НатФ ... 5..227К. Дои:10.1038 / nphys1203.
5. Zaccanti, M .; Deissler, B .; Д'Эррико, К .; Fattori, M .; Jona-Lasinio, M .; Müller, S .; Roati, G .; Inguscio, M .; Модуньо, Г. (2009). «Наблюдение спектра Ефимова в атомной системе». Природа Физика. 5 (8): 586. arXiv:0904.4453. Bibcode:2009НатФ ... 5..586Z. Дои:10.1038 / nphys1334.
6. Pollack, S.E .; Dries, D .; Hulet, R.G .; Danzl, J. G .; Подбородок, C .; Engeser, B .; Lange, A.D .; Pilch, K .; Jaakkola, A .; Naegerl, H. -C .; Гримм, Р. (2009). «Универсальность в трех- и четырехчастичных связанных состояниях ультрахолодных атомов». Наука. 326 (5960): 1683–1685. arXiv:0911.0893. Bibcode:2009Научный ... 326.1683П. Дои:10.1126 / science.1182840.
7. Хуанг, Бо; Сидоренков, Леонид А .; Гримм, Рудольф; Хатсон, Джереми М. (2014). «Наблюдение второго трехатомного резонанса в сценарии Ефимова». Письма с физическими проверками. 112 (19): 190401. arXiv:1402.6161. Bibcode:2014PhRvL.112s0401H. Дои:10.1103 / PhysRevLett.112.190401.
8. Braaten, E .; Хаммер, Х. (2006). «Универсальность в системах нескольких тел с большой длиной рассеяния». Отчеты по физике. 428 (5–6): 259–390. arXiv:cond-mat / 0410417. Bibcode:2006ФР ... 428..259Б. Дои:10.1016 / j.physrep.2006.03.001.
9. Thøgersen, Мартин (2009). «Универсальность в сверххолодных малобозонных и многобозонных системах». arXiv:0908.0852 [конд-мат. квант-газ ]. Кандидат наук. Тезис.
10. Ши-Куанг Дун; Карина Хименес-Гарсия; Якоб Йохансен; Колин В. Паркер; Ченг Чин (2014). «Геометрический скейлинг состояний Ефимова в смеси Li6 – Cs133». Письма с физическими проверками. 113 (24): 240402. arXiv:1402.5943. Bibcode:2014ПхРвЛ.113х0402Т. Дои:10.1103 / PhysRevLett.113.240402.
11. Р. Пирес; Дж. Улманис; С. Хэфнер; М. Репп; А. Ариас; Э. Д. Кунле; М. Вайдемюллер (2014). «Наблюдение Ефимовских резонансов в смеси с экстремальным дисбалансом масс». Письма с физическими проверками. 112 (25): 250404. arXiv:1403.7246. Bibcode:2014ПхРвЛ.112у0404П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.112.250404. PMID  25014797.
12. Куницкий Максим; Целлер, Стефан; Фойгтсбергер, Йорг; Калинин, Антон; Schmidt, Lothar Ph. H .; Шёффлер, Маркус; Czasch, Achim; Шёллькопф, Виланд; Гризенти, Роберт Э .; Янке, Тилль; Блюм, Дёрте; Дёрнер, Рейнхард (май 2015 г.). «Наблюдение за ефимовским состоянием тримера гелия». Наука. 348 (6234): 551–555. arXiv:1512.02036. Bibcode:2015Научный ... 348..551K. Дои:10.1126 / science.aaa5601. PMID  25931554.

внешние ссылки

• Пресс-релиз об экспериментальном подтверждении (2006.03.16)
• Неопровержимое доказательство того, что государство Ефимова стало рассадником для исследований примерно через 40 лет после своего появления (14.12.2009)
• Наблюдение второго трехатомного резонанса в сценарии Ефимова (2014.05.15)