Физики измерили второй Ефимовский резонанс трех частиц в ультрахолодном квантовом газе

Восемь лет назад исследовательская группа Рудольфа Гримма первой наблюдала состояние Ефимова в ультрахолодном квантовом газе. Русский физик Виталий Ефимов теоретически предсказал это экзотическое связанное состояние трех частиц в 1970-х годах. Он предсказал, что три частицы будут образовывать связанное состояние из-за своих квантово-механических свойств в условиях, когда связанное состояние двух тел будет отсутствовать.

Что еще более поразительно: при увеличении расстояния между частицами в 22,7 раза возникает еще одно состояние Ефимова, ведущее к бесконечной серии этих состояний. До сих пор этот важный компонент знаменитого сценария оставался неуловимым, и экспериментальное доказательство периодичности знаменитого сценария представляло проблему.«Были некоторые признаки того, что частицы непрерывно создают трехчастичные состояния, если расстояние увеличивается на этот фактор», — говорит Рудольф Гримм из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука и Института квантовой физики и квантовой оптики Австрии. Академия наук. «Доказать сценарий было очень сложно, но мы, наконец, добились успеха».

Связанный на большом расстоянииУльтрахолодные квантовые газы очень подходят для экспериментального изучения и наблюдения квантовых явлений систем частиц, поскольку взаимодействие между атомами хорошо регулируется магнитным полем. Однако исследовательская группа Рудольфа Гримма очень близко подошла к пределам того, что возможно экспериментально, когда им пришлось увеличить расстояние между частицами до одного микрометра, чтобы иметь возможность наблюдать второе состояние Ефимова. «Это в 20 000 раз больше радиуса атома водорода», — объясняет Гримм. «По сравнению с молекулой это гигантская структура». Это означало, что физики должны были быть особенно точными в своей работе.

Исследователям в Инсбруке очень помог их обширный опыт работы с ультрахолодными квантовыми газами и большой технический опыт. Их окончательный результат показывает, что второе состояние Ефимова больше первого в 21,0 раза с погрешностью измерения 1,3. «Это небольшое отклонение от коэффициента 22,7 может быть связано с физикой за пределами идеального состояния Ефимова, что также является захватывающей темой», — объясняет Рудольф Гримм.

Новое направление исследованийИнтерес научного сообщества к этому явлению заключается в его универсальности. Закон в равной степени применим к ядерной физике, где сильное взаимодействие отвечает за связывание частиц в атомном ядре, и к молекулярным взаимодействиям, основанным на электромагнитных силах. «Взаимодействие между двумя частицами и между многими частицами хорошо изучено», — говорит Гримм. «Но нам все еще нужно исследовать и изучать явления, возникающие в результате взаимодействия лишь нескольких частиц. Ефимовские состояния являются основным примером этого».

Совместная работа команды Рудольфа Гримма и британского физика-теоретика Джереми М. Хатсона была поддержана Австрийским научным фондом. Результаты теперь опубликованы в журнале Physical Review Letters.


Портал обо всем