Научная работа, проводимая в Гейдельберге, основана на теории, выдвинутой российским физиком Виталием Ефимовым более 40 лет назад. Он фокусируется на поиске физических законов, способных предсказывать поведение и энергетические состояния произвольного числа частиц. Согласно предсказанию Ефимова, связанные состояния трех атомов могут быть универсально описаны при определенных условиях. Ученый обнаружил, что существует бесконечно много квантово-механических связанных состояний для «menage a trois», даже если два атома не могут связываться вместе.
Эти так называемые тримеры Ефимова образуются из-за дальнодействующего квантово-механического взаимодействия и полностью не зависят от типа трех взаимодействующих частиц.Профессор Вайдемюллер говорит, что предсказание Ефимова долгое время считалось «экзотическим», поскольку условия, при которых существуют эти трехчастичные связанные состояния молекул, казались недостижимыми для исследований. «Физики с разным научным образованием тщетно пытались найти сигнатуры тримеров Ефимова», — объясняет ученый из Гейдельберга. Всего около десяти лет назад ученые из Инсбрука смогли предоставить четкие доказательства существования этих тримеров в системах, состоящих из трех одинаковых атомов.
Вскоре после этого физикам, работавшим с профессором доктором Селимом Йохимом в Гейдельберге, удалось измерить точную энергию связи тримеров Ефимова. В ходе научных работ, проводимых в Центре квантовой динамики и Институте физики Гейдельбергского университета, были исследованы дальнейшие свойства экзотических тримеров Ефимова. С этой целью исследователи охладили газ, состоящий из двух разных атомных частиц — цезия и лития — до температур, близких к абсолютному нулю.
В то же время они позаботились о точном контроле взаимодействия между этими парами атомов лития и цезия.В сверхвысоковакуумной камере атомы охлаждались исключительно лазерным светом и сохранялись световыми силами в сфокусированном лазерном луче в течение нескольких секунд. Затем силой связи между атомами можно управлять, изменяя магнитное поле. Для этого команда профессора Вайдемюллера использовала так называемые резонансы атомного рассеяния.
Доказательства наличия тримеров основаны на распаде на их три компонента при четко определенной силе связи. Сила этой связи масштабируется независимо от соответствующего связанного состояния тримера в соответствии с чисто числовым масштабным коэффициентом. «Мы доказали, что универсальное масштабирование применимо и к системам с разными атомами», — говорит Рико Пирес, который работает над диссертацией в команде профессора Вайдемюллера.Этим ученым также удалось подтвердить, что коэффициент масштабирования изменяется для тримера различных частиц в отличие от состояния тримера идентичных атомов, как объясняет аспирант Юрис Улманис.
Таким образом, они показали, что теория Ефимова применима к большому количеству систем. Руководитель проекта д-р Ева Кунле указывает на еще один успех экспериментальной работы: «Впервые мы смогли доказать не только существование основного состояния тримера, но и первых двух возбужденных состояний. Эти молекулы, состоящие из трех атомов, затем достигают макроскопических размеров, сравнимых с размерами бактерий ».
Проф. Вайдемюллер подчеркивает, что эти результаты исследований важны для многих областей физики — от атомной до ядерной: «Интересны не только доказательства универсального масштабного поведения, но и точное измерение мельчайших отклонений Это масштабирование.
Из этого мы получаем новые знания о том, как теория Ефимова может быть применена к реалистичным трехчастичным системам », — говорит ученый из Гейдельберга. «Наша цель — более глубокое понимание квантово-механических систем многих тел, одной из самых важных, но и самых сложных областей исследований в современной физике».