В квантовой механике резонанс формы — это метастабильное состояние, в котором электрон оказывается запертым из-за формы потенциального барьера . [1] Альтуната [2] описывает состояние как резонанс формы, если «внутреннее состояние системы остается неизменным при распаде квазисвязанного уровня ». Более общее обсуждение резонансов и их таксономий в молекулярной системе можно найти в обзорной статье Шульца; [3] [4] об открытии формы линии резонанса Фано [5] и о пионерской работе Майораны в этой области [6] Антонио Бьянкони; и в математическом обзоре Комба и др. [7]
В квантовой механике резонанс формы, в отличие от резонанса Фешбаха , является резонансом , который не переходит в связанное состояние, если связь между некоторыми степенями свободы и степенями свободы, связанными с фрагментацией ( координаты реакции ), установлена равной нулю. Проще говоря, полная энергия резонанса формы больше, чем энергия разделенного фрагмента. [8] Практические последствия этой разницы для времени жизни и ширины спектра упоминаются в таких работах, как работа Цобеля. [9]
Связанные термины включают особый вид резонанса формы, резонанс формы, возбуждаемый ядром , и резонанс формы, индуцированный ловушкой. [10]
Конечно, в одномерных системах резонансы являются резонансами формы. В системе с более чем одной степенью свободы это определение имеет смысл только в том случае, если разделяемая модель, которая предполагает, что две группы степеней свободы не связаны, является осмысленным приближением. Когда связь становится большой, ситуация становится гораздо менее ясной.
В случае проблем атомной и молекулярной электронной структуры хорошо известно, что приближение самосогласованного поля (SCF) является релевантным, по крайней мере, как отправная точка для более сложных методов. Детерминанты Слейтера, построенные из SCF-орбиталей ( атомных или молекулярных орбиталей ), являются резонансами формы, если для испускания одного электрона требуется только один электронный переход .
Сегодня ведутся споры об определении и даже существовании резонанса формы в некоторых системах, наблюдаемых с помощью молекулярной спектроскопии. [11] Он был экспериментально обнаружен в анионных выходах при фотофрагментации малых молекул, что позволило получить сведения о внутренней структуре. [12]
В ядерной физике понятие «резонанс формы» описано в книге Амоса де-Шалита и Германа Фешбаха . [13]
«Хорошо известно, что рассеяние от потенциала показывает характерные пики, как функцию энергии, для таких значений E, которые заставляют целое число длин волн находиться внутри потенциала. Результирующие резонансы формы довольно широкие, их ширина составляет порядка ...».
Резонансы формы наблюдались примерно в 1949–54 годах в экспериментах по ядерному рассеянию. Они указывают на широкие асимметричные пики в сечении рассеяния нейтронов или протонов, рассеиваемых ядрами. Название «резонанс формы» было введено для описания того факта, что резонанс в потенциальном рассеянии для частицы с энергией E контролируется формой ядра. Фактически резонанс формы происходит там, где целое число длин волн частицы находится в пределах потенциала ядра радиуса R. Поэтому мера энергий резонансов формы в рассеянии нейтронов на ядре использовалась в годы с 1947 по 1954 год для измерения радиусов R ядер с точностью ±1×10−13 см , как это можно увидеть в главе «Упругие поперечные сечения» учебника по ядерной физике Р. Д. Эванса. [14]
«Формные резонансы» обсуждаются в общих вводных академических курсах квантовой механики в рамках явлений потенциального рассеяния. [15]
Резонансы формы возникают из-за квантовой интерференции между закрытыми и открытыми каналами рассеяния. При резонансной энергии квазисвязанное состояние вырождено с континуумом. Эта квантовая интерференция в системе многих тел была описана с использованием квантовой механики Грегором Вентцелем для интерпретации эффекта Оже, Этторе Майораной для процессов диссоциации и квазисвязанных состояний, Уго Фано для состояний атомной автоионизации в континууме атомного спектра гелия и Виктором Фредериком Вайскопфом . Дж. М. Блаттом и Германом Фешбахом для экспериментов по ядерному рассеянию. [16]
Резонансы формы связаны с существованием почти стабильных связанных состояний (то есть резонансов) двух объектов, что существенно влияет на то, как эти два объекта взаимодействуют, когда их полная энергия близка к энергии связанного состояния. Когда полная энергия объектов близка к энергии резонанса, они взаимодействуют сильно, и их поперечное сечение рассеяния становится очень большим.
Особый тип «резонанса формы» возникает в многозонных или двухзонных сверхпроводящих гетероструктурах на атомном пределе, называемых суперполосами, из-за квантовой интерференции первого канала спаривания в первой широкой полосе и второго канала спаривания во второй полосе, где химический потенциал настраивается вблизи перехода Лифшица на краю полосы или на топологических электронных переходах типа поверхности Ферми «схлопывание шейки» или «разрыв шейки» [17].