El efecto Efimov es un efecto en la mecánica cuántica de sistemas de pocos cuerpos predicho por el físico teórico ruso V. N. Efimov [1] [2] en 1970. El efecto de Efimov es donde interactúan tres bosones idénticos , con la predicción de una serie infinita de excitados niveles de energía de tres cuerpos cuando un estado de dos cuerpos está exactamente en el umbral de disociación. Un corolario es que existen estados ligados (llamados estados de Efimov ) de tres bosones incluso si la atracción de dos partículas es demasiado débil para permitir que dos bosones formen un par. Un estado de Efimov (de tres partículas), donde los subsistemas (de dos cuerpos) no están unidos, a menudo se representan simbólicamente porAnillos borromeos . Esto significa que si se elimina una de las partículas, las dos restantes se deshacen. En este caso, el estado de Efimov también se llama estado borromeo.
Teoría
Efimov predijo que, a medida que las interacciones de pares entre tres bosones idénticos se acercan a la resonancia, es decir, cuando la energía de enlace de algún estado ligado de dos cuerpos se acerca a cero o la longitud de dispersión de dicho estado se vuelve infinita, el espectro de tres cuerpos exhibe un infinito secuencia de estados ligados cuyas longitudes de dispersión y energías vinculantes cada uno forma una progresión geométrica
donde la razón común
es una constante universal (OEIS OEIS : A242978 ). [1] Aquí
es el orden de la función de Bessel modificada de orden imaginario del segundo tipoque describe la dependencia radial de la función de onda. En virtud de las condiciones de contorno determinadas por resonancia, es el valor positivo único de satisfaciendo la ecuación trascendental
- .
Resultados experimentales
En 2005, por primera vez, el grupo de investigación de Rudolf Grimm y Hanns-Christoph Nägerl del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck confirmó experimentalmente tal estado en un gas ultrafrío de átomos de cesio . En 2006, publicaron sus hallazgos en la revista científica Nature. [3] Grupos independientes han dado recientemente más pruebas experimentales de la existencia del estado de Efimov. [4] Casi 40 años después de la predicción puramente teórica de Efimov, se ha confirmado el comportamiento periódico característico de los estados. [5] [6]
El valor experimental más preciso del factor de escala de los estados ha sido determinado por el grupo experimental de Rudolf Grimm en la Universidad de Innsbruck como 21.0 (1.3), [7] muy cercano a la predicción original de Efimov.
El interés por los "fenómenos universales" de los gases atómicos fríos sigue creciendo, especialmente debido a los resultados experimentales largamente esperados. [8] [9] La disciplina de la universalidad en los gases atómicos fríos cerca de los estados de Efimov a veces se conoce comúnmente como "física de Efimov".
En 2014, el grupo experimental de Cheng Chin de la Universidad de Chicago y el grupo de Matthias Weidemüller de la Universidad de Heidelberg observaron estados de Efimov en una mezcla ultra fría de átomos de litio y cesio , [10] [11] que amplía la imagen original de Efimov. de tres bosones idénticos.
Un estado de Efimov existente como un estado excitado de un trímero de helio se observó en un experimento en 2015. [12]
Uso
Los estados de Efimov son independientes de la interacción física subyacente y, en principio, pueden observarse en todos los sistemas mecánicos cuánticos (es decir, molecular, atómico y nuclear). Los estados son muy especiales debido a su naturaleza "no clásica": el tamaño de cada estado de Efimov de tres partículas es mucho mayor que el rango de fuerza entre los pares de partículas individuales. Esto significa que el estado es puramente mecánico cuántico. Se observan fenómenos similares en halo-núcleos de dos neutrones , como el litio-11 ; estos se denominan núcleos borromeos . (Los núcleos de halo podrían verse como estados especiales de Efimov, dependiendo de las sutiles definiciones).
Referencias
- ^ a b В.И. Ефимов: Слабосвязанные состояния трех резонансно взаимодействующих частиц, Ядерная Физика, т. 12, вып. 5, 1080-1090, 1970 г.
- ↑ Efimov, V. (1970). "Niveles de energía que surgen de fuerzas resonantes de dos cuerpos en un sistema de tres cuerpos". Physics Letters B . 33 (8): 563–564. Código Bibliográfico : 1970PhLB ... 33..563E . doi : 10.1016 / 0370-2693 (70) 90349-7 .
- ^ T. Kraemer; M. Mark; P. Waldburger; JG Danzl; C. Chin; B. Engeser; AD Lange; K. Pilch; A. Jaakkola; H.-C. Nägerl; R. Grimm (2006). "Evidencia de estados cuánticos Efimov en un gas ultrafrío de átomos de cesio". Naturaleza . 440 (7082): 315–318. arXiv : cond-mat / 0512394 . Código Bibliográfico : 2006Natur.440..315K . doi : 10.1038 / nature04626 . PMID 16541068 .
- ^ Knoop, S .; Ferlaino, F .; Mark, M .; Berninger, M .; Schöbel, H .; Nägerl, H. -C .; Grimm, R. (2009). "Observación de una resonancia de trímero similar a Efimov en dispersión de dímero-átomo ultrafrío". Física de la naturaleza . 5 (3): 227. arXiv : 0807.3306 . Código Bibliográfico : 2009NatPh ... 5..227K . doi : 10.1038 / nphys1203 .
- ^ Zaccanti, M .; Deissler, B .; D'Errico, C .; Fattori, M .; Jona-Lasinio, M .; Müller, S .; Roati, G .; Inguscio, M .; Modugno, G. (2009). "Observación de un espectro de Efimov en un sistema atómico". Física de la naturaleza . 5 (8): 586. arXiv : 0904.4453 . Código Bibliográfico : 2009NatPh ... 5..586Z . doi : 10.1038 / nphys1334 .
- ^ Pollack, SE; Dries, D .; Hulet, RG; Danzl, JG; Chin, C .; Engeser, B .; Lange, AD; Pilch, K .; Jaakkola, A .; Naegerl, H.-C .; Grimm, R. (2009). "Universalidad en estados unidos de tres y cuatro cuerpos de átomos ultrafríos". Ciencia . 326 (5960): 1683–1685. arXiv : 0911.0893 . Código Bibliográfico : 2009Sci ... 326.1683P . doi : 10.1126 / science.1182840 .
- ^ Huang, Bo; Sidorenkov, Leonid A .; Grimm, Rudolf; Hutson, Jeremy M. (2014). "Observación de la segunda resonancia triatómica en el escenario de Efimov". Cartas de revisión física . 112 (19): 190401. arXiv : 1402.6161 . Código Bibliográfico : 2014PhRvL.112s0401H . doi : 10.1103 / PhysRevLett.112.190401 .
- ^ Braaten, E .; Martillo, H. (2006). "Universalidad en sistemas de pocos cuerpos con gran longitud de dispersión". Informes de física . 428 (5–6): 259–390. arXiv : cond-mat / 0410417 . Código Bibliográfico : 2006PhR ... 428..259B . doi : 10.1016 / j.physrep.2006.03.001 .
- ^ Thøgersen, Martin (2009). "Universalidad en sistemas ultrafríos de pocos y muchos bosones". arXiv : 0908.0852 [ cond-mat.quant-gas ].Doctor. tesis.
- ^ Shih-Kuang Tung; Karina Jiménez-García; Jacob Johansen; Colin V. Parker; Cheng Chin (2014). "Escala geométrica de los estados de Efimov en una mezcla de Li6-Cs133". Cartas de revisión física . 113 (24): 240402. arXiv : 1402.5943 . Código bibliográfico : 2014PhRvL.113x0402T . doi : 10.1103 / PhysRevLett.113.240402 .
- ^ R. Pires; J. Ulmanis; S. Häfner; M. Repp; A. Arias; ED Kuhnle; M. Weidemüller (2014). "Observación de resonancias de Efimov en una mezcla con desequilibrio de masas extremo". Cartas de revisión física . 112 (25): 250404. arXiv : 1403.7246 . Código Bibliográfico : 2014PhRvL.112y0404P . doi : 10.1103 / PhysRevLett.112.250404 . PMID 25014797 .
- ^ Kunitski, Maksim; Zeller, Stefan; Voigtsberger, Jörg; Kalinin, Anton; Schmidt, Lothar Ph. H .; Schöffler, Markus; Czasch, Achim; Schöllkopf, Wieland; Grisenti, Robert E .; Jahnke, Till; Blume, Dörte; Dörner, Reinhard (mayo de 2015). "Observación del estado Efimov del trímero de helio". Ciencia . 348 (6234): 551–555. arXiv : 1512.02036 . Código Bibliográfico : 2015Sci ... 348..551K . doi : 10.1126 / science.aaa5601 . PMID 25931554 .
enlaces externos
- Comunicado de prensa sobre la confirmación experimental (2006.03.16)
- Prueba abrumadora de que el estado de Efimov se ha convertido en un semillero de investigación unos 40 años después de su aparición (14 de diciembre de 2009).
- Observación de la segunda resonancia triatómica en el escenario de Efimov (15/05/2014)