Сотрудники Университета штата Канзас составили описание нового класса трёхчастичных связанных квантовых состояний.

Открытые состояния отличаются от уже известных ефимовских, существование которых было предсказано Виталием Ефимовым в 1970 году. Советский учёный установил, что трёхчастичные состояния — тримеры — могут возникать даже в тех случаях, когда слабость парных взаимодействий препятствует образованию связанных состояний двух частиц.

Опытная проверка теории Ефимова затянулась, и лишь шесть лет назад физики подтвердили его правоту в экспериментах с вырожденным газом атомов цезия.

Наблюдение тримеров Ефимова возможно только тогда, когда взаимодействие пар тел оказывается короткодействующим, то есть характеризуется потенциалом, ослабевающим быстрее, чем 1/r², где r — расстояние между частицами. Противоположный случай дальнодействующих парных взаимодействий давно разобран, и теоретикам оставалось рассмотреть лишь «пограничный» вариант притягивающего потенциала типа 1/r². Этот пробел и постарались заполнить американцы.

Рис. 1. Ефимовские состояния часто сравнивают с борромейскими кольцами — символом на гербе итальянского семейства Борромео. Если одно из этих колец разрезать, два других потеряют связь друг с другом.

Проведённый авторами анализ численных решений трёхчастичного уравнения Шрёдингера показал, что

искомые связанные квантовые состояния существуют и, как и в ефимовском случае, появляются даже при отсутствии двухчастичных состояний.

Более того, состояния нового типа рождаются не только в группах из трёх идентичных бозонов (частиц с целым значением спина), но и в системах идентичных фермионов (частиц с полуцелым спином), где эффект Ефимова не наблюдается. В фермионной модификации расчётов эффективное двухчастичное взаимодействие, что интересно, становится полностью отталкивательным.

В ближайшее время полученный результат будет проверен в опытах с ультрахолодными атомарными газами.

Отчёт, подготовленный канзасскими учёными, опубликован в журнале Physical Review Letters.