stringtranslate.com

Ридберговское дело

Ридберговское вещество [1] — экзотическая фаза материи , образованная ридберговскими атомами ; оно было предсказано около 1980 года Э. А. Маныкиным, М. И. Ожованом и П. П. Полуэктовым. [2] [3] Оно образовано из различных элементов, таких как цезий , [4] калий , [5] водород [6] [7] и азот ; [8] были проведены исследования теоретических возможностей, таких как натрий , бериллий , магний и кальций . [9] Было высказано предположение, что это материал, из которого могут возникать диффузные межзвездные полосы . [10] Круговые [11] Ридберговские состояния, в которых самый внешний электрон находится на плоской круговой орбите, являются наиболее долгоживущими, со временем жизни до нескольких часов, [12] и являются наиболее распространенными. [13] [14] [15]

Физический

19-атомный плоский кластер Ридберговской материи. На седьмом уровне возбуждения спектроскопия на кластерах K 19 показала, что расстояние связи составляет 5,525 нм. [16]
Схема распределения валентных электронов в ридберговском веществе, состоящем из возбужденных (n=10) атомов Cs [ необходима ссылка ]

Ридберговское вещество обычно состоит из [17] гексагональных [18] [16] плоских [19] кластеров ; они не могут быть очень большими из-за эффекта замедления, вызванного конечной скоростью скорости света. [19] Следовательно, они не являются газами или плазмой; и они не являются твердыми телами или жидкостями; они больше всего похожи на пылевую плазму с небольшими кластерами в газе. Хотя ридберговское вещество можно изучать в лаборатории с помощью лазерного зондирования, [20] самый большой зарегистрированный кластер состоит всего из 91 атома, [7] но было показано, что он находится за протяженными облаками в космосе [10] [21] и в верхней атмосфере планет. [22] Связи в ридберговском веществе вызваны делокализацией высокоэнергетических электронов с образованием общего состояния с более низкой энергией. [3] Электроны делокализуются, образуя стоячие волны на петлях, окружающих ядра, создавая квантованный угловой момент и определяющие характеристики ридберговского вещества. Это обобщенный металл с точки зрения квантовых чисел, влияющих на размер петли, но ограниченный требованием связи для сильной электронной корреляции; [19] он демонстрирует обменно-корреляционные свойства, подобные ковалентным связям. [23] Электронное возбуждение и колебательное движение этих связей можно изучать с помощью спектроскопии Рамана . [24]

Продолжительность жизни

Схема эффективного потенциала внутри ячейки Вигнера-Зейтца ридберговской материи, состоящей из возбужденных ( n = 10) атомов Cs [25] [26]

По причинам, которые до сих пор обсуждаются физическим сообществом из-за отсутствия методов наблюдения за кластерами, [27] ридберговское вещество очень устойчиво к распаду путем испускания излучения; характерное время жизни кластера при n = 12 составляет 25 секунд. [26] [28] Приведенные причины включают отсутствие перекрытия между возбужденными и основными состояниями, запрет переходов между ними и эффекты обменной корреляции, препятствующие испусканию из-за необходимости туннелирования [23] , что вызывает большую задержку в затухании возбуждения. [25] Возбуждение играет роль в определении продолжительности жизни, причем более высокое возбуждение дает более длительную продолжительность жизни; [26] n = 80 дает продолжительность жизни, сравнимую с возрастом Вселенной. [29]

Возбуждения

В обычных металлах межатомные расстояния почти постоянны в широком диапазоне температур и давлений; это не относится к ридберговскому веществу, чьи расстояния и, следовательно, свойства сильно меняются в зависимости от возбуждений. Ключевой переменной в определении этих свойств является главное квантовое число n , которое может быть любым целым числом больше 1; самые высокие значения, о которых сообщалось, составляют около 100. [29] [30] Расстояние связи d в ридберговском веществе определяется как

где a 0 — радиус Бора . Приблизительный коэффициент 2,9 был впервые определен экспериментально, а затем измерен с помощью вращательной спектроскопии в различных кластерах. [16] Примеры d , рассчитанные таким образом, вместе с выбранными значениями плотности D , приведены в соседней таблице.

Конденсация

Подобно бозонам , которые могут конденсироваться с образованием конденсатов Бозе-Эйнштейна , ридберговское вещество может конденсироваться, но не так, как бозоны. Причина этого в том, что ридберговское вещество ведет себя подобно газу, то есть его нельзя конденсировать без удаления энергии конденсации; если этого не сделать, происходит ионизация. Все решения этой проблемы до сих пор включают использование прилегающей поверхности каким-либо образом, лучшим из которых является испарение атомов, из которых должно быть образовано ридберговское вещество, и оставление энергии конденсации на поверхности. [31] Используя атомы цезия , поверхности, покрытые графитом, и термоионные преобразователи в качестве удержания, было измерено, что работа выхода поверхности составляет 0,5 эВ, [32] указывая на то, что кластер находится между девятым и четырнадцатым уровнями возбуждения. [25]

Смотрите также

Обзор [33] содержит информацию о ридберговском веществе и возможных применениях в разработке чистой энергии, катализаторов, исследовании космических явлений и использовании в датчиках.

Спорный

Исследования, претендующие на создание сверхплотной водородной ридберговской материи (с межатомным расстоянием ~2,3 пм: на много порядков меньше, чем в большинстве твердых тел), оспариваются: [34]

″В статье Холмлида и Цейнера-Гундерсена содержатся заявления, которые были бы поистине революционными, если бы они были правдой. Мы показали, что они нарушают некоторые фундаментальные и очень хорошо известные законы довольно прямым образом. Мы считаем, что разделяем этот скептицизм с большей частью научного сообщества. Реакция на теории Холмлида, возможно, наиболее четко отражена в списке ссылок в их статье. Из 114 ссылок 36 не являются соавторами Холмлида. И из этих 36 ни одна не касается заявлений, сделанных им и его соавторами. Это тем более примечательно, что эти заявления, если они верны, произвели бы революцию в квантовой науке, добавили бы по крайней мере две новые формы водорода, одна из которых предположительно является основным состоянием элемента, открыли бы чрезвычайно плотную форму материи, открыли бы процессы, которые нарушают сохранение барионного числа, в дополнение к решению потребности человечества в энергии практически навечно″.

Ссылки

  1. ^ Ван, Цзяси; Холмлид, Лейф (2002). «Скопления водорода из вещества Ридберга с четко определенным высвобождением кинетической энергии, наблюдаемые с помощью нейтрального времени пролета». Химическая физика . 277 (2): 201. Bibcode : 2002CP....277..201W. doi : 10.1016/S0301-0104(02)00303-8.
  2. ^ Э.А. Маныкин; М.И. Ожован; П.П. Полуэктов (1980). «Переход возбужденного газа в металлическое состояние». Sov. Phys. Tech. Phys. Lett. 6 : 95.
  3. ^ аб Э.А. Маныкин, М.И. Ожован, П.П. Полуэктов; Ожован; Полуэктов (1981). «О коллективном электронном состоянии в системе сильно возбужденных атомов». Сов. Физ. Докл. 26 : 974–975. Бибкод :1981ГФ...26..974М. {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ VI Ярыгин; VN Сидельников; II Касиков; VS Миронов и SM Тулин (2003). "Экспериментальное исследование возможности образования конденсата возбужденных состояний в веществе (Ридберговское вещество)". Письма в ЖЭТФ . 77 (6): 280. Bibcode :2003JETPL..77..280Y. doi :10.1134/1.1577757. S2CID  122574536.
  5. ^ S. Badiei & L. Holmlid (2002). "Neutral Rydberg Matter clusters from K: Extreme cooling of translational degree of freedom observed by neutral time-of-flight". Химическая физика . 282 (1): 137–146. Bibcode :2002CP....282..137B. doi :10.1016/S0301-0104(02)00601-8.
  6. ^ S. Badiei & L. Holmlid (2006). "Экспериментальные исследования быстрых фрагментов H Rydberg matter". Journal of Physics B. 39 ( 20): 4191–4212. Bibcode :2006JPhB...39.4191B. doi :10.1088/0953-4075/39/20/017. S2CID  120897660.
  7. ^ ab J. Wang; Holmlid, Leif (2002). "Кластеры вещества Ридберга водорода (H 2 )N* с четко определенным высвобождением кинетической энергии, наблюдаемые с помощью нейтрального времени пролета". Химическая физика . 277 (2): 201. Bibcode :2002CP....277..201W. doi :10.1016/S0301-0104(02)00303-8.
  8. ^ S. Badiei & L. Holmlid (2002). "Ридберговское вещество K и N 2 : угловая зависимость времени пролета для нейтральных и ионизированных кластеров, образованных при кулоновских взрывах". International Journal of Mass Spectrometry . 220 (2): 127. Bibcode :2002IJMSp.220..127B. doi :10.1016/S1387-3806(02)00689-9.
  9. ^ А. В. Попов (2006). «Поиск ридберговской материи: бериллий, магний и кальций». Czechoslovak Journal of Physics . 56 (S2): B1294–B1299. Bibcode : 2006CzJPh..56B1294P. doi : 10.1007/s10582-006-0365-2. S2CID  120594462.
  10. ^ ab L. Holmlid (2008). "Диффузные межзвездные носители полос в межзвездном пространстве: все интенсивные полосы, вычисленные из дважды возбужденных состояний Не, встроенных в Ридберговскую материю". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 384 (2): 764–774. Bibcode :2008MNRAS.384..764H. doi : 10.1111/j.1365-2966.2007.12753.x .
  11. ^ J. Liang; M. Gross; P. Goy; S. Haroche (1986). «Круговая спектроскопия состояний Ридберга». Physical Review A. 33 ( 6): 4437–4439. Bibcode : 1986PhRvA..33.4437L. doi : 10.1103/PhysRevA.33.4437. PMID  9897204.
  12. ^ RL Sorochenko (1990). "Постулирование, обнаружение и наблюдения радиорекомбинационных линий". В MA Gordon; RL Sorochenko (ред.). Радиорекомбинационные линии: 25 лет исследований . Kluwer . стр. 1. ISBN 978-0-7923-0804-1.
  13. ^ L. Holmlid (2007). "Прямое наблюдение круговых ридберговских электронов в поверхностном слое ридберговского вещества с помощью электронного кругового дихроизма". Journal of Physics: Condensed Matter . 19 (27): 276206. Bibcode : 2007JPCM...19A6206H. doi : 10.1088/0953-8984/19/27/276206. S2CID  95032480.
  14. ^ L. Holmlid (2007). «Спектроскопия стимулированного излучения ридберговской материи: наблюдение ридберговских орбит в ионах ядра». Applied Physics B. 87 ( 2): 273–281. Bibcode :2007ApPhB..87..273H. doi :10.1007/s00340-007-2579-9. S2CID  120239230.
  15. ^ L. Holmlid (2009). «Ядерные спиновые переходы в диапазоне кГц в кластерах ридберговской материи дают точные значения внутреннего магнитного поля от вращающихся ридберговских электронов». Химическая физика . 358 (1): 61–67. Bibcode :2009CP....358...61H. doi :10.1016/j.chemphys.2008.12.019.
  16. ^ abc Holmlid, Leif (2008). "Вращательные спектры больших кластеров ридберговской материи K 37 , K 61 и K 91 дают тенденции в расстояниях связей KK относительно радиуса электронной орбиты". Journal of Molecular Structure . 885 (1–3). Elsevier BV: 122–130. Bibcode :2008JMoSt.885..122H. doi :10.1016/j.molstruc.2007.10.017. ISSN  0022-2860.
  17. ^ Холмлид, Лейф (2008). «Кластеры H N + (N=4, 6, 12) из ​​конденсированного атомарного водорода и дейтерия, указывающие на плотноупакованные структуры в десорбированной фазе на активной поверхности катализатора». Surface Science . 602 (21). Elsevier BV: 3381–3387. Bibcode :2008SurSc.602.3381H. doi :10.1016/j.susc.2008.09.007. ISSN  0039-6028.
  18. ^ Холмлид, Л. (2007-04-20). "Точные длины связей для кластеров Ридберговской материи K 19 в уровнях возбуждения n = 4, 5 и 6 из спектров вращательного радиочастотного излучения". Молекулярная физика . 105 (8). Informa UK Limited: 933–939. arXiv : physics/0607193 . Bibcode : 2007MolPh.105..933H. doi : 10.1080/00268970701197387. ISSN  0026-8976. S2CID  93258712.
  19. ^ abc Holmlid, Leif (1998). "Классические энергетические расчеты с электронной корреляцией конденсированных возбужденных состояний — Ридберговское вещество". Chemical Physics . 237 (1–2). Elsevier BV: 11–19. Bibcode : 1998CP....237...11H. doi : 10.1016/s0301-0104(98)00259-6. ISSN  0301-0104.
  20. ^ Окессон, Хайдех; Бадией, Шахриар; Холмлид, Лейф (2006). «Угловое изменение времени пролета нейтральных кластеров, освобожденных от Ридберговской материи: первичные и вторичные процессы кулоновского взрыва». Химическая физика . 321 (1–2). Elsevier BV: 215–222. Bibcode : 2006CP....321..215A. doi : 10.1016/j.chemphys.2005.08.016. ISSN  0301-0104.
  21. ^ Холмлид, Лейф (2006-10-26). «Усиление стимулированным излучением в скоплениях ридберговской материи как источник интенсивных линий мазера в межзвездном пространстве». Астрофизика и космическая наука . 305 (1). Springer Science and Business Media LLC: 91–98. Bibcode : 2006Ap&SS.305...91H. doi : 10.1007/s10509-006-9067-2. ISSN  0004-640X. S2CID  123663484.
  22. ^ Холмлид, Лейф (2006). «Атмосферы щелочных металлов на Луне и Меркурии: объяснение стабильных экзосфер тяжелыми скоплениями ридберговской материи». Планетная и космическая наука . 54 (1). Elsevier BV: 101–112. Bibcode : 2006P&SS...54..101H. doi : 10.1016/j.pss.2005.10.005. ISSN  0032-0633.
  23. ^ ab Manykin, EA; Ojovan, MI; Poluektov, PP (1983). "Теория конденсированного состояния в системе возбужденных атомов" (PDF) . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 57 (2): 256–262. Bibcode :1983JETP...57..256M.
  24. ^ Холмлид, Лейф (2008). «Вибрационные переходы в кластерах ридберговской материи из-за вынужденной задержки Рамана и Раби-флоппинга в инфракрасном диапазоне». Журнал Рамановской спектроскопии . 39 (10). Wiley: 1364–1374. Bibcode : 2008JRSp...39.1364H. doi : 10.1002/jrs.2006. ISSN  0377-0486.
  25. ^ abc Маныкин, Э. А.; Ожован, Мичиган; Полуэктов, ПП (1992). «[Распад конденсата, состоящего из возбужденных атомов цезия]». Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики . 102 (4): 1109. Бибкод : 1992ЖЭТП...75..602М.перевод: Маныкин, Э. А.; Ожован, МИ; Полуэктов, П. П. (1992). «Распад конденсата, состоящего из возбужденных атомов цезия». Журнал экспериментальной и теоретической физики . 75 (4): 602. Bibcode :1992JETP...75..602M.
  26. ^ abc Manykin, EA; Ojovan, MI; Poluektov, PP (1994). "Примесная рекомбинация ридберговской материи". Журнал экспериментальной и теоретической физики . 78 (1): 27–32. Bibcode :1994JETP...78...27M.
  27. ^ Холмлид, Лейф (2002). «Условия формирования ридберговской материи: конденсация ридберговских состояний в газовой фазе по сравнению с поверхностями». Журнал физики: конденсированное состояние . 14 (49): 13469–13479. doi :10.1088/0953-8984/14/49/305. S2CID  250782651.
  28. ^ Бейгман, ИЛ; Лебедев, ВС (1995). "Теория столкновений ридберговских атомов с нейтральными и заряженными частицами". Physics Reports . 250 (3–5). Elsevier BV: 95–328. Bibcode :1995PhR...250...95B. doi :10.1016/0370-1573(95)00074-q. ISSN  0370-1573.
  29. ^ ab L. Holmlid, «Красные смещения в пространстве, вызванные вынужденным комбинационным рассеянием в холодной межгалактической ридберговской материи с экспериментальной проверкой». J. Exp. Theor. Phys. JETP 100 (2005) 637–644.
  30. ^ Badiei, Shahriar; Holmlid, Leif (2002). "Магнитное поле в среде внутри скопления: ридберговское вещество с почти свободными электронами". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 335 (4): L94. Bibcode : 2002MNRAS.335L..94B. doi : 10.1046/j.1365-8711.2002.05911.x .
  31. ^ Ван, Цзяси; Энгвалл, Клас; Холмлид, Лейф (1999-01-08). «Формирование кластера K N путем стабилизации комплекса столкновений Ридберга во время рассеяния пучка K на поверхностях циркония». Журнал химической физики . 110 (2). AIP Publishing: 1212–1220. Bibcode : 1999JChPh.110.1212W. doi : 10.1063/1.478163. ISSN  0021-9606.
  32. ^ Свенссон, Роберт; Холмлид, Лейф (1992). «Поверхности с очень низкой рабочей функцией из конденсированных возбужденных состояний: ридберговское вещество цезия». Surface Science . 269–270. Elsevier BV: 695–699. Bibcode :1992SurSc.269..695S. doi :10.1016/0039-6028(92)91335-9. ISSN  0039-6028.
  33. ^ Аасен, Т.Х., Зейнер-Гундерсен, Д.Х., Зейнер-Гундерсен, С. и др. Конденсированная возбужденная (ридберговская) материя: перспектива и приложения. Дж. Класт. наук. (2021), https://doi.org/10.1007/s10876-021-02031-6, 14 с.
  34. ^ Клавс Хансен (2022). Комментарий к «Сверхплотный протий p(0) и дейтерий D(0) и их связь с обычной ридберговской материей: обзор» 2019 Physica Scripta 94, 075005. arXiv : 2207.08133 .