Физики: механизм реакции ультрахолодных атомов

Результаты исследования физиков Университета штата Канзас помогли ученым точно предсказать ранее непредсказуемое.
Юйцзюнь Ван, научный сотрудник Лаборатории Джеймса Р. Макдональда при Университете штата Канзас, и Поль Жюльенн из Университета Мэриленда теоретически спрогнозировали механизм химических реакций между тремя атомами при ультрахолодных температурах. Их результаты помогают объяснить вероятный исход химической реакции и пролить новый свет на таинственные квантовые состояния.
Научный журнал «Nature Physics» недавно опубликовал статью «Универсальная физика Ван-дер-Ваальса для трех холодных атомов вблизи резонансов Фешбаха».
В ходе теоретических исследований Ван и Жульенн разработали прочную, но простую модель, которая успешно предсказывает, как происходят атомные реакции при ультрахолодных температурах. Их модель, которую по праву считают лучшей из имеющихся на сегодняшний день, основана на физике вращения атомов, а также на силах Ван-дер-Ваальса – силы притяжения дальнего действия между формирующимися молекулами.
«В течение долгого времени имело место убеждение, что этот вид реакции между тремя и более частицами слишком трудно предсказать, потому что их взаимодействие очень сложно, — сказал Ван. — Теперь, в результате последовательных наблюдений, это исследование показало, что теоретическое предсказание возможно».
Эти выводы могут направлять исследования в области химической инженерии, молекулярной физики и других областях, потому что модель дает ученым в значительной степени точное представление о том, как атомы связываются и образуют молекулы, как сказал Ван. Кроме того, работа может помочь ученым понять эффект Ефимова.
Эффект Ефимова (впервые был предсказан в начале 1970-х годов) — это то, что происходит, когда два атома, которые обычно отталкиваются друг от друга, становятся слабо связанными при введении третьего атома. В результате все три атома слипаются, несмотря на попытку отталкиваться друг от друга — реакция, которая не поддается объяснению с помощью имеющихся знаний.
«Это довольно странное механическое явление в квантовой механике, которое не может быть понято с помощью классической модели физики, — говорит Ван. — Детали эффекта Ефимова, казалось бы, случайны и, следовательно, сложны для изучения. Но, поскольку мы показали, что наша атомная модель и расчеты могут довольно точно предсказать положение таких молекулярных состояний, у нас есть новые знания, которые могут помочь нам обойти старые барьеры».