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Estado de Efimov

El efecto Efimov es un efecto en la mecánica cuántica de sistemas de pocos cuerpos predicho por el físico teórico ruso VN Efimov en 1970. El efecto de Efimov es donde interactúan tres bosones idénticos, con la predicción de una serie infinita de niveles excitados de energía de tres cuerpos cuando un estado de dos cuerpos está exactamente en el umbral de disociación. Un corolario es que existen estados unidos (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 (tres partículas), donde los subsistemas (de dos cuerpos) no están unidos, a menudo se representan simbólicamente por los anillos de Borromeo. Esto significa que si se elimina una de las partículas, las dos restantes se desmoronan. 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, a medida que la energía de unión de un estado unido de dos cuerpos se aproxima a cero o la longitud de dispersión de dicho estado se vuelve infinita, el espectro de tres cuerpos exhibe un infinito secuencia de estados unidos N = 0,1,2,… {\ displaystyle N = 0,1,2, \ ldots} cuyas longitudes de dispersión aN {\ displaystyle a_ {N}} y energías de enlace EN {\ displaystyle E_ {N} } cada uno forma una progresión geométrica

aN = a0λN {\ displaystyle a_ {N} = a_ {0} \ lambda ^ {N}} EN = E0λ − 2N {\ displaystyle E_ {N} = E_ {0} \ lambda ^ {- 2N}}

donde la proporción común

λ = eπ / s0 = 22.69438… {\ displaystyle \ lambda = \ mathrm {e} ^ {\ mathrm {\ pi} /s_{0}}=22.69438\ldots}

es una constante universal (OEIS OEIS: A242978). aquí

s0 = 1.0062378… {\ displaystyle s_ {0} = 1.0062378 \ ldots}

es el orden de la función Bessel modificada por orden imaginario del segundo tipo K ~ s0 (r / a) {\ displaystyle {\ tilde {K}} _ {s_ {0}} (r / a)} que describe el radial dependencia de la función de onda. En virtud de las condiciones de contorno determinadas por resonancia, es el valor positivo único de s {\ displaystyle s} que satisface la ecuación trascendental

−scosh⁡πs2 + 83sinh⁡πs6 = 0 {\ 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, por primera vez, el grupo de investigación de Rudolf Grimm y Hanns-Christoph Nägerl del Instituto de Física Experimental (Universidad de Innsbruck, Austria) confirmó experimentalmente tal estado en un gas ultrafrío de átomos de cesio. En 2006, publicaron sus hallazgos en la revista científica Nature. Recientemente, grupos independientes han proporcionado pruebas experimentales adicionales de la existencia del estado de Efimov. Casi 40 años después de la predicción puramente teórica de Efimov, se ha confirmado el comportamiento periódico característico de los estados.

El grupo experimental de Rudolf Grimm de la Universidad de Innsbruck determinó el valor experimental más exacto del factor de escala de los estados como 21.0 (1.3), estando muy cerca de la predicción original de Efimov.

El interés en los "fenómenos universales" de los gases atómicos fríos sigue creciendo, especialmente debido a los resultados experimentales tan esperados. 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 los estados de Efimov en una mezcla ultrafría de átomos de litio y cesio, que amplía la imagen original de Efimov de tres bosones idénticos.

Se observó un estado de Efimov existente como un estado excitado de un trímero de helio en un experimento en 2015.

Uso

Los estados de Efimov son independientes de la interacción física subyacente y, en principio, se pueden observar en todos los sistemas de mecánica cuántica (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. Fenómenos similares se observan en halo-núcleos de dos neutrones, como el litio-11. (Los núcleos de halo podrían verse como estados especiales de Efimov, dependiendo de las definiciones sutiles).