В этом квантовом явлении, названном геометрическим вычислением, triatomic молекулы соответствуют друг в друге как бесконечно большой набор российских матрешек.«Это – новое правило в химии, что молекулярные размеры могут следовать за геометрическим рядом, как 1, 2, 4, 8», сказал Ченг Чин, преподаватель в физике в UChicago. «В нашем случае мы находим три молекулярных государства в этой последовательности, где одно молекулярное государство всегда в 4.88 раза более крупное, чем предыдущее».
Подбородок и четыре члена его исследовательской группы издали их результаты 9 декабря 2014 в Physical Review Letters.«Квантовая теория делает существование этих гигантских молекул inevitiable, обеспеченным надлежащим – и довольно сложный – условия созданы», сказал Ефимов, теперь в Вашингтонском университете.
Команда UChicago наблюдала три молекулы в ряду, состоя из одного lithim атома и двух атомов цезия в вакуумной палате при ультранизкой температуре приблизительно 200 nanokelvin, крошечной части степени выше абсолютного нуля (минус 459,6 градусов по Фаренгейту).Бесконечно большие молекулыУчитывая бесконечно большую вселенную, количество все больших молекул в этой литиевой цезием системе также распространилось бы на бесконечность.
Эти замечательные основы идеи от экзотической природы квантовой механики, которая соответствует, подтверждают к различным законам физики, чем те, которые управляют вселенной в макроскопическом масштабе.«Это, конечно, экзотические молекулы», сказал Ши-Куан Туньг, постдокторский ученый, теперь в Северо-Западном университете, который привел проект. Только при строгих условиях мог, Туньг и его коллеги видят, что геометрическое измеряет в их молекулах Ефимова. Кажется, что ни молекулы с четырьмя атомами ни с двумя атомами не могут достигнуть государства Ефимова. «Есть особый случай для трех атомов», сказал Чин.
Реакция Ефимова на исследование была двойной. «Сначала, я поражен предсказательной силой квантовой теории», сказал он. «Второй, я поражен умением экспериментаторов, которым удалось создать тех сложные условия».Открытие важно, потому что оно показывает, что молекулы Ефимова, как другие сложные явления по своей природе, следуют простому математическому правилу.
Еще одним примером по своей природе, который показывает геометрическое вычисление, являются снежинки, внедренные в микроскопической физике их шестиугольной кристаллической структуры.Команда в Университете Инсбрука в Австрии, которая включала Чина, экспериментально наблюдала первого Ефимова молекулярное государство в 2006 в молекулах, состоящих из трех атомов цезия. В этом государстве Ефимова три атома цезия становятся запутанными при температурах немного выше абсолютного нуля.
Они формируют кольцо Borromean трех взаимосвязанных кругов. Любые два из них, однако, не сцепятся.
Подбородок переключил его интерес для молекул литиевого цезия в 2010, потому что наблюдение геометрического вычисления в системе цезия представило серьезные экспериментальные трудности.Коэффициент масштабирования«Трудность состоит в том, что на основе того, что мы понимаем теории Ефимова, коэффициент масштабирования предсказан, чтобы быть 22.7 для системы цезия, которая является очень большим количеством», объяснил Чин, который также является членом институтов Джеймса Франка и Энрико Ферми UCHICAGO. Вычисление по такой большой стоимости требуют чрезвычайно низкой температуры, оспаривание, чтобы достигнуть экспериментально.Но коэффициент масштабирования литиевого цезия triatomic молекула был предсказан, чтобы быть более managable 4,8.
Действительно, после подготовки их эксперимента, «Мы смогли видеть трех из них при более доступной температуре 200 нано-Келвина», сказал Чин. «Их размеры измерены, чтобы быть 17, 86 и 415 миллимикронов, соответственно. Они тесно следуют за геометрической прогрессией с предсказанным коэффициентом масштабирования».Но даже система литиевого цезия представила трудность: значительно отличающиеся массы этих двух элементов, который был очень важен для наблюдения многократных государств Ефимова. Литий – один из самых легких элементов на периодической таблице, в то время как цезий довольно тяжел. «Каждый действительно крупный по сравнению с другим», Тунговый сказал.
Он сравнил работу оба элемента в ультрахолодный эксперимент к свисанию обезьяны и слона с пружин. Они висели бы на разных уровнях, но они все еще должны были взаимодействовать.В эксперименте физики UChicago понизили температуры атомов лития и цезия отдельно, затем объединили их, чтобы сформировать triatomic, молекулы Ефимова.
«Это – очень сложный эксперимент», Тунговый сказал, одно требование ультрахолодного экспериментального инструмента под названием резонанс Feshbach. Выполненный в магнитном поле, резонанс Feshbach позволил исследователям связывать и управлять взаимодействиями между цезием и литиевыми атомами.Холодные атомы подвергаются манипуляции через резонанс Feshbach, который позволяет наблюдение за геометрическим вычислением. «Резонанс Feshbach – действительно важный инструмент для нас», Тунговый сказал. Он и его партнеры изучили, как владеть инструментом эффективно за прошлые три года.
«Мы должны были настроить резонансы Feshbach очень тщательно, чтобы произвести эти молекулы Ефимова», Тунговый сказал.Усилия достигли высшей точки в экспериментальном успехе. Ефимов сказал, что результаты заставили его чувствовать себя подобно родителю успешного ребенка. «Родитель гордится успехом ребенка, и он также pround, что в некотором смысле он – часть успеха ребенка».
Финансирование: национальный научный фонд и армейское исследовательское управление.