Estado de Efimov

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) están desatados, a menudo se representa simbólicamente mediante los anillos 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

Una representación por computadora del efecto cuántico predicho por Efimov, que se dice que se parece a las "muñecas rusas" .

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 unión de algún estado ligado de dos cuerpos se acerca a cero o la longitud de dispersión de tal estado se vuelve infinita), el espectro de tres cuerpos exhibe una intensidad infinita. secuencia de estados ligados cuyas longitudes de dispersión y energías de unión forman cada una una progresión geométrica ${\displaystyle N=0,1,2,\ldots }$ ${\displaystyle a_{N}}$ ${\displaystyle E_{N}}$

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

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

donde la razón común

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

es una constante universal (OEIS OEIS : A242978 ). ^[1] Aquí

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

es el orden de la función de Bessel modificada de orden imaginario del segundo tipo que describe la dependencia radial de la función de onda. En virtud de las condiciones de contorno determinadas por la resonancia, es el único valor positivo de satisfacer la ecuación trascendental ${\displaystyle {\tilde {K}}_{s_{0}}(r/a)}$ ${\displaystyle s}$

${\displaystyle -s\cosh \left.{\tfrac {\mathrm {\pi } s}{2}}\right.+{\tfrac {8}{\sqrt {3}}}\sinh \left.{\tfrac {\mathrm {\pi } s}{6}}\right.=0}$.

Resultados experimentales

En 2005, el grupo de investigación de Rudolf Grimm y Hanns-Christoph Nägerl del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck confirmó experimentalmente este estado en un gas ultrafrío de átomos de cesio . En 2006, publicaron sus hallazgos en la revista científica Nature. ^[3] Recientemente grupos independientes han aportado 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] siendo muy cercano a la predicción original de Efimov.

El interés por los "fenómenos universales" de los gases atómicos fríos sigue creciendo, sobre todo a causa de los tan esperados resultados experimentales. ^{[8] [9]} La disciplina de la universalidad en gases atómicos fríos cerca de los estados de Efimov a veces se denomina "física de Efimov". ^[10]

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 los estados de Efimov en una mezcla ultrafría de átomos de litio y cesio , ^{[11] [12],} lo que amplía la imagen original de Efimov. de tres bosones idénticos.

En un experimento realizado en 2015 se observó un estado de Efimov que existe como un estado excitado de un trímero de helio ^.

Uso

Los estados de Efimov son independientes de la interacción física subyacente y, en principio, pueden observarse en todos los sistemas de mecánica cuántica (es decir, moleculares, atómicos y nucleares). 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. Fenómenos similares se observan 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 definiciones sutiles).

Ver también

• Fuerza de tres cuerpos

Referencias

1. Ефимов, В. И. (1970). Слабосвязанные состояния трех резонансно взаимодействующих частиц[Estados débilmente unidos de tres partículas que interactúan resonantemente]. Ядерная Физика[ Física Nuclear ] (en ruso). 12 (5): 1080–1090.
2. Efimov, V. (1970). "Niveles de energía que surgen de fuerzas resonantes de dos cuerpos en un sistema de tres cuerpos". Letras de Física B. 33 (8): 563–564. Código bibliográfico : 1970PhLB...33..563E. doi :10.1016/0370-2693(70)90349-7.
3. T. Kraemer; M. Marcos; P. Waldburger; JG Danzl; C. barbilla; B. Engeser; AD Lange; K. Pilch; A. Jaakkola; H.-C. Nägerl; R. Grimm (2006). "Evidencia de los estados cuánticos de Efimov en un gas ultrafrío de átomos de cesio". Naturaleza . 440 (7082): 315–318. arXiv : cond-mat/0512394 . Código Bib :2006Natur.440..315K. doi : 10.1038/naturaleza04626. PMID  16541068. S2CID  4379828.
4. Knoop, S.; Ferlaino, F.; Marcos, M.; Berninger, M.; Schöbel, H.; Nägerl, H.-C.; Grimm, R. (2009). "Observación de una resonancia trímera similar a Efimov en dispersión de dímero-átomo ultrafrío". Física de la Naturaleza . 5 (3): 227. arXiv : 0807.3306 . Código Bib : 2009NatPh...5..227K. doi : 10.1038/nphys1203. S2CID  108288673.
5. 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. S2CID  118384878.
6. Abadejo, SE; Seca, 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 átomos ultrafríos de tres y cuatro cuerpos". Ciencia . 326 (5960): 1683–1685. arXiv : 0911.0893 . Código bibliográfico : 2009 Ciencia... 326.1683P. doi : 10.1126/ciencia.1182840. PMID  19965389. S2CID  6728520.
7. 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. PMID  24877917. S2CID  16378280.
8. 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 Bib : 2006PhR...428..259B. doi :10.1016/j.physrep.2006.03.001. S2CID  14450309.
9. Thøgersen, Martín (2009). "Universalidad en sistemas ultrafríos de pocos y muchos bosones". arXiv : 0908.0852 [cond-mat.quant-gas].Doctor. tesis.
10. Naidon, Pascal; Endo, Shimpei (2017). "Física de Efimov: una revisión". Informes sobre los avances en física . 80 (5). 056001. arXiv : 1610.09805 . Código Bib : 2017RPPh...80e6001N. doi :10.1088/1361-6633/aa50e8. PMID  28350544. S2CID  206095127. págs. 3–4: el efecto Efimov da lugar a una amplia clase de fenómenos a los que se ha hecho referencia como física de Efimov . ... Sin embargo, [el término] no está claramente definido y es algo subjetivo.
11. Shih Kuang Tung; Karina Jiménez García; Jacob Johansen; Colin V. Parker; Cheng Chin (2014). "Escalado geométrico de estados de Efimov en una mezcla Li6-Cs133". Cartas de revisión física . 113 (24): 240402. arXiv : 1402.5943 . Código Bib : 2014PhRvL.113x0402T. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.240402. PMID  25541753. S2CID  21807523.
12. 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 masa extremo". Cartas de revisión física . 112 (25): 250404. arXiv : 1403.7246 . Código Bib : 2014PhRvL.112y0404P. doi : 10.1103/PhysRevLett.112.250404. PMID  25014797. S2CID  24371722.
13. Kunitski, Maksim; Zeller, Stefan; Voigtsberger, Jörg; Kalinin, Antón; Schmidt, Lothar Ph.H.; Schöffler, Markus; Czasch, Achim; Schöllkopf, Wieland; Grisenti, Robert E.; Jahnke, hasta; Blume, Dörte; Dörner, Reinhard (mayo de 2015). "Observación del estado Efimov del trímero de helio". Ciencia . 348 (6234): 551–555. arXiv : 1512.02036 . Código Bib : 2015 Ciencia... 348..551K. doi : 10.1126/ciencia.aaa5601. PMID  25931554. S2CID  206635093.

enlaces externos

• Nota de prensa sobre la confirmación experimental (16.03.2006)
• Pruebas abrumadoras para el estado de Efimov, que se ha convertido en un foco de investigación unos 40 años después de su primera aparición (14.12.2009)
• Observación de la Segunda Resonancia Triatómica en el Escenario de Efimov (15.05.2014)