В 2006 году группа исследователей Института экспериментальной физики университета Инсбрука (Institute of Experimental Physics of the University of Innsbruck), возглавляемая Рудольфом Гриммом (Rudolf Grimm), предоставила первые экспериментальные подтверждения существования квантового явления под названием состояние Ефимова, явления, которое до того момента времени существовало только в теории. И недавно эта же группа ученых произвела измерение второй точки резонанса Ефимова, используя систему из трех связанных между собой частиц разреженного газа, охлажденного до сверхнизкой температуры. Проведенные учеными измерения продемонстрировали периодичность явления состояния Ефимова, как это было предсказано бывшим советским ученым-физиком, в честь которого явление и получило свое название.
Бывший советский, а ныне американский ученый-физик Виталий Ефимов еще в 1970-х годах предсказал возможность существования материи, находящейся в экзотическом состоянии. В состоянии Ефимова материя состоит из групп, состоящих из трех частиц связанных между собой на квантовом уровне. Для того, чтобы между тремя частицами возникла призрачная квантовая связь требуется, чтобы они находились строго на определенном удалении друг от друга. Когда расстояние между частицами увеличивается в 22.7 раза, состояние Ефимова возникает снова, а дальнейшее увеличение расстояния приводит к бесконечной череде состояний Ефимова. В экспериментах 2006 года физикам удалось получить состояние Ефимова первого уровня, когда расстояние между частицами находится в пределах минимально допустимого, а недавно они измерили резонанс Ефимова второго уровня, когда расстояние между частицами было увеличено в 22.7 раза, что потребовало использования высокоточного измерительного оборудования и значительных усилий, приложенных учеными.
Сверхохлажденные квантовые газы являются идеальной средой для наблюдения и изучения всевозможных квантовых явлений. В объемах этих газов под влиянием внешних воздействий, к примеру, магнитного поля, могут возникать целые системы частиц, взаимодействующих благодаря эффектам квантовой механики. Однако, в своих исследованиях для наблюдений явления второго состояния Ефимова группа Рудольфа Гримма подобралась очень близко к пределам возможностей имеющегося в их распоряжении исследовательского оборудования.
"Расстояние между частицами в случае второго состояния Ефимова соответствует приблизительно 20 тысячам радиусов атома водорода" - объясняет Гримм, - "Даже по сравнению с молекулой такая структура имеет гигантские размеры, и это означает, что для проведения достоверных измерений нам требуется невероятно высокая точность". В этих экспериментах ученым помог их обширный опыт работы с ультрахолодными квантовыми газами и некоторые новые методы измерений. Полученный ими окончательный результат демонстрирует, что второе состояние Ефимова возникает тогда, когда структура из трех частиц ровно в 21 раз больше структуры частиц первого состояния Ефимова. "Это не очень большое отклонение от теоретического значения 22.7 может быть обусловлено тем, что мы получили не идеальное (теоретическое) состояние Ефимова, а одну из его разновидностей, что само по себе является захватывающей темой для отдельных исследований" - рассказывает Рудольф Гримм.
Интерес научного сообщества к явлению состояний Ефимова заключается в универсальности этого явления. Закон одинаково применим к области ядерной физики, где действуют силы сильных взаимодействий, удерживая вместе частицы ядра атома, и в области молекулярных взаимодействий, основой которых являются силы электромагнитной природы.
"Взаимодействия между двумя частицами и взаимодействия массы частиц достаточно хорошо изучены на сегодняшний момент" - рассказывает Рудольф Гримм, - "Но взаимодействия, в которых задействовано всего несколько частиц, дают нам в руки массу новых явлений, изучение которых позволит нам использовать эти явления в своих целях. И состояние Ефимова является хорошим примером всему вышесказанному".
В заключение стоит отметить, что работа по изучению явления состояний Ефимова проводилась группой Рудольфа Гримма при прямом участии Джереми М. Хутсона (Jeremy M. Hutson), физика-теоретика из Великобритании, при непосредственной поддержке австрийского Научного фонда.
Подпишись: