Loading color scheme

Наблюдение состояния Ефимова у гелиевого тримера

Observation of the Efimov state of the helium trimer. Maksim Kunitski, Stefan Zeller, Jörg Voigtsberger, Anton Kalinin, Lothar Ph. H. Schmidt, et al. Science. 2015. Vol. 348. No 6234. P. 551–555.

Авторам впервые удалось создать стабильную экзотическую молекулу из трех атомов гелия (гелиевый тример), атомы в которой находятся на невозможно большом расстоянии благодаря связывающим их квантовым силам. Существование такой молекулы было предсказано советским физиком Виталием Ефимовым еще в 1970-х годах. В состоянии Ефимова сложено тремя частицами, связанными между собой на квантовом уровне. Для того чтобы между ними возникла такая связь, нужно, чтобы они находились строго на определенном удалении друг от друга. Когда дистанция между частицами увеличивается в 22,7 раза, состояние Ефимова возникает снова, а дальнейшее увеличение расстояния приводит к бесконечной череде состояний Ефимова. На протяжении последних 40 лет физики ожесточенно спорили, пытаясь подтвердить или опровергнуть выкладки Ефимова, и только в 2005 г. австрийским исследователям удалось объединить три атома цезия в подобную структуру и доказать, что физика Ефимова существует. Авторам удалось собрать подобную тройную молекулу из атомов гелия, над созданием которой физики бились на протяжении более чем 38 лет, и отделить гелиевые тримеры от обычных «двойных» молекул этого газа при помощи сверхкоротких лазерных импульсов, которыми физики облучали атомы гелия (кулоновский взрыв). Подобное облучение приводит к тому, что молекула гелия распадается на индивидуальные ионы, которые разлетаются в стороны с определенной скоростью и в определенном направлении. Восстановив первичное положение ионов, можно выяснить была ли уничтоженная молекула ефимовским тримером или обычным «двойным» гелием. Используя этот прием, авторы смогли создать два типа трехатомных молекул в облаке атомов гелия, охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю. В первой из них атомы были расположены на минимальном расстоянии друг от друга, которое, тем не менее, было в 100 раз больше типичной химической связи между атомами, а во второй – на рекордно далеком. Вопреки предсказаниям, «треугольник» молекулы второго типа не был равносторонним или равнобедренным – он был сильно вытянутым и один из трех атомов всегда находился дальше от двух других частиц, чем последние друг от друга. То есть, два атома находились близко друг от друга, а третий – на значительном удалении от них. Такая молекула была нестабильной, хотя гелиевые «тройки» первого типа могли существовать бесконечно долго без внешнего воздействия. Как полагают авторы, эту же технику можно использовать для создания и изучения иных видов ефимовских тримеров, состоящих из атомов других элементов. Дальнейшее их изучение, надеются ученые, поможет понять, какую роль такие квантовые молекулы могут играть в природе и в жизни Вселенной, и как их можно применить в промышленности и науке. Результатом исследования явилось создание первой в истории физики стабильной ефимовской системы. В новой экзомолекуле гелиевого тримера атомы гелия находятся на большом расстоянии друг от друга, взаимодействуя между собой при помощи квантовых сил.

В.В. Стрекопытов