Nowy stan związany układu trzech atomów

Amerykańscy fizycy wykazali, że powinna istnieć nowa klasa trójciałowych stanów związanych atomów doświadczających wpływu dalekozasięgowego oddziaływania, mimo że oddziaływania występujące pomiędzy nimi mogą być zbyt słabe, aby związać parę takich atomów. Chociaż istnienie tychże stanów nie zostało jeszcze potwierdzone eksperymentalnie, ich obecność, zdaniem naukowców, mogłaby zostać ujawniona w trakcie doświadczeń przeprowadzanych na ultrazimnych gazach atomowych.

Stan Efimova – związany stan trzech atomów

Możliwość istnienia stanów związanych układu trzech atomów, w którym dwa z nich mogą nie być w stanie utworzyć wiązania pomiędzy sobą, została po raz pierwszy przewidziana przez rosyjskiego fizyka Vitaly Efimova we wczesnych latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Stan Efimova, bo tak obecnie nazywany jest wspomniany stan związany układu trzech atomów, został po raz pierwszy zauważony w 2006 roku przez zespół badaczy kierowany przez Hannsa-Christopha Nägerla z Innsbruck University w Austrii. Zespół ten schłodził gaz atomów cezu do temperatury 10 nK. Należy nadmienić, że stany Efimova występują jedynie dla bozonów, czyli atomów o całkowitej wartości spinu.

Jedną z ważnych cech stanu Efimova jest to, że oddziaływania pomiędzy atomami mają charakter krótkozasięgowy tzn. są opisywane przez przyciągający potencjał, którego wartość maleje z kwadratem odległości między atomami. W przypadku występowania dalekozasięgowych potencjałów założenia teorii Efimova nie są spełnione a więc stany Efimova zgodnie z teorią nie mogą istnieć. Jeżeli jednak oddziaływania te będą wystarczająco silne, otrzymamy nieskończoną liczbę trójciałowych stanów związanych, ale nie będą to stany Efimova.

Do tej pory nie było jednak wiadomo czy takie trójciałowe układy mogą rzeczywiście istnieć, gdy potencjał występujący pomiędzy nimi jest zbyt słaby, aby spowodować powstanie wiązania pomiędzy parą takich atomów. Brett Esry wraz ze współpracownikami z Kansas State University odkryli, że stany związane układu trzech atomów powinny pojawić się podczas procesu wzajemnego przyciągania atomów przez bardzo słaby potencjał, którego wartość silnie maleje z kwadratem odległości pomiędzy atomami. Przynajmniej takie wnioski wynikły z obliczeń numerycznych przeprowadzonych dla układu trzech identycznych bozonów.

Stany Efimova w ultrazimnych gazach atomowych?

Powtarzając obliczenia dla układu fermionów, zespół Esry’ego uzyskał drugi, niemniej zaskakujący wynik. Okazało się, że gdy spiny trzech atomów będą zwrócone w tym samym kierunku, trójciałowy stan związany atomów powinien wystąpić także wtedy, gdy atomy te będą się wzajemnie odpychać. Esry powiedział, że powinno być możliwe potwierdzenie istnienia tychże stanów w doświadczeniach laboratoryjnych. „Biorąc pod uwagę, że stany te, podobnie jak stany Efimova, są bardzo słabo związane wydaje się, że najbardziej prawdopodobnym kandydatem, w którym stany te mogłyby istnieć są ultrazimne gazy atomowe. Naszym zdaniem powinniśmy je zaobserwować w układzie składającym się z ciężkich bozonów oddziałujących z lekkimi fermionami”, powiedział.

W powyższym scenariuszu fermiony miałyby pełnić rolę nośników sił wpływających na powstawanie przyciągającego potencjału o wartości silnie malejącej z kwadratem odległości między bozonami. Według Esry’ego efekt ten powinien być widoczny w gazie złożonym z atomów cezu (bozony) oraz litu (fermiony). Jednak jak sam zauważył bardziej idealny kandydat powinien charakteryzować się większym stosunkiem masy bozonów do fermionów. Dobrym kandydatem miałby być układ składający się z atomów wodoru i iterbu lub z wodoru i erbu, chociaż jak przyznał Esry, z wielu względów wolałby użyć litu zamiast wodoru.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com