Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ридберговское вещество [1] - экзотическая фаза вещества, образованная ридберговскими атомами ; это было предсказано около 1980 года Э. А. Маныкин , М. И. Ozhovan и П.П. Полуэктов . [2] [3] Он был образован 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 которогомогут возникать диффузные межзвездные полосы . [10] Круглые [11] ридберговские состояния, в которых внешний электрон находится на плоской круговой орбите, являются наиболее долгоживущими, с временем жизни до нескольких часов, [12] и являются наиболее распространенными. [13] [14] [15]

Физический [ править ]

Планарный ридберговский кластер из 19 атомов. На седьмом уровне возбуждения спектроскопия кластеров K 19 показала, что расстояние связи составляет 5,525 нм. [16]
Схема распределения валентных электронов в ридберговском веществе из возбужденных (n = 10) атомов Cs. [ необходима цитата ]

Ридберговское вещество состоит обычно 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 газы или плазма; они также не твердые или жидкие; они больше всего похожи на пылевую плазму с небольшими кластерами в газе. Хотя Ридберг вопрос может быть изучен в лаборатории путем лазерного зондирования , [20] максимальный размер кластера сообщили состоит только из 91 атомов, [7] , но это было показано, что позади расширенных облаков в пространстве [10] [21]и верхние слои атмосферы планет. [22] Связь в ридберговской материи вызвана делокализацией высокоэнергетических электронов с образованием общего состояния с более низкой энергией. [3] Делокализация электронов заключается в формировании стоячих волн на петлях, окружающих ядра, создавая квантованный угловой момент и определяющие характеристики ридберговской материи. Это обобщенный металл с точки зрения квантовых чисел, влияющих на размер петли, но ограниченный требованием связывания для сильной электронной корреляции; [19] он показывает обменно-корреляционные свойства, аналогичные ковалентной связи. [23] Электронное возбуждение и колебательное движение этих связей можно изучить с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света .[24]

Срок службы [ править ]

Схема эффективного потенциала в ячейке Вигнера-Зейтца ридберговского вещества, состоящего из возбужденных (n = 10) атомов Cs. [25] [26]

По причинам, которые до сих пор обсуждаются в физическом сообществе из-за отсутствия методов наблюдения кластеров [27], ридберговская материя очень устойчива к распаду при испускании излучения; характерное время жизни кластера при n = 12 составляет 25 секунд. [26] [28] Приведенные причины включают отсутствие перекрытия между возбужденным и основным состояниями, запрет переходов между ними и обменно-корреляционные эффекты, затрудняющие излучение за счет необходимости туннелирования [23], которое вызывает длительную задержку затухания возбуждения. [25] Возбуждение играет роль в определении времени жизни, при этом более высокое возбуждение дает более длительный срок службы; [26]n = 80 дает время жизни, сопоставимое с возрастом Вселенной. [29]

Возбуждения [ править ]

пd (нм)D (см -3 )
10,1532,8 × 10 23
42,45
53,84
65,52
1015.32,8 × 10 17
40245
80983
10015342,8 × 10 11

В обычных металлах межатомные расстояния почти постоянны в широком диапазоне температур и давлений; это не относится к ридберговской материи, расстояния и свойства которой сильно зависят от возбуждений. Ключевой переменной при определении этих свойств является главное квантовое число n, которое может быть любым целым числом больше 1; самые высокие значения, о которых сообщают, составляют около 100. [29] [30] Расстояние связи d в веществе Ридберга определяется выражением

где a 0 - боровский радиус . Приблизительный коэффициент 2,9 был сначала определен экспериментально, а затем измерен с помощью вращательной спектроскопии в различных кластерах. [16] Примеры рассчитанного таким образом d вместе с выбранными значениями плотности D приведены в таблице рядом.

Конденсация [ править ]

Подобно бозонам, которые могут конденсироваться с образованием конденсатов Бозе – Эйнштейна , ридберговская материя может конденсироваться, но не так, как бозоны. Причина этого в том, что ридберговская материя ведет себя подобно газу, а это означает, что ее нельзя конденсировать без удаления энергии конденсации; если этого не сделать, произойдет ионизация. Все решения этой проблемы до сих пор включают использование прилегающей поверхности тем или иным способом, лучший из которых - испарение атомов, из которых должна образоваться ридберговская материя, и сохранение энергии конденсации на поверхности. [31] Использование атомов цезия , покрытых графитом поверхностей и термоэмиссионных преобразователей в качестве сдерживающих факторов, работа выходаповерхности было измерено как 0,5 эВ [32], что указывает на то, что кластер находится между девятым и четырнадцатым уровнями возбуждения. [25]

См. Также [ править ]

  • Состояние вопроса

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ван, Цзяси; Холмлид, Лейф (2002). «Кластеры ридберговского вещества водорода с четко определенным выделением 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; Полуэктов П.П. (1980). «Переход возбужденного газа в металлическое состояние». Сов. Phys. Tech. Phys. Lett. 6 : 95.
  3. ^ а б Э.А. Маныкин, М.И. Ожован, П.П. Полуэктов; Ожован; Полуэктова (1981). «О коллективном электронном состоянии в системе сильно возбужденных атомов». Сов. Phys. Докл. 26 : 974–975. Bibcode : 1981SPhD ... 26..974M . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ В.И. Ярыгин; В. Н. Сидельников; И. И. Касиков; Миронов В.С., Тулин С.М. (2003). «Экспериментальное исследование возможности образования конденсата возбужденных состояний в веществе (ридберговском веществе)». Письма в ЖЭТФ . 77 (6): 280. Bibcode : 2003JETPL..77..280Y . DOI : 10.1134 / 1.1577757 .
  5. ^ С. Бадей и Л. Холмлид (2002). «Нейтральные кластеры ридберговской материи из K: экстремальное охлаждение поступательных степеней свободы, наблюдаемое нейтральным временем пролета». Химическая физика . 282 (1): 137–146. Bibcode : 2002CP .... 282..137B . DOI : 10.1016 / S0301-0104 (02) 00601-8 .
  6. ^ С. Badiei и Л. Holmlid (2006). «Экспериментальные исследования быстрых фрагментов вещества Х. Ридберга». Журнал Physics B . 39 (20): 4191–4212. Bibcode : 2006JPhB ... 39.4191B . DOI : 10.1088 / 0953-4075 / 39/20/017 .
  7. ^ а б Дж. Ван; Холмлид, Лейф (2002). «Кластеры ридберговской материи водорода (H 2 ) N * с четко определенным выделением 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. ^ С. Бадей и Л. Холмлид (2002). «Ридберговское вещество K и N 2 : угловая зависимость времени пролета для нейтральных и ионизированных кластеров, образованных при кулоновских взрывах». Международный журнал масс-спектрометрии . 220 (2): 127. Bibcode : 2002IJMSp.220..127B . DOI : 10.1016 / S1387-3806 (02) 00689-9 .
  9. ↑ А.В. Попов (2006). «Поиск материи Ридберга: бериллий, магний и кальций». Чехословацкий физический журнал . 56 (S2): B1294 – B1299. Bibcode : 2006CzJPh..56B1294P . DOI : 10.1007 / s10582-006-0365-2 .
  10. ^ а б Л. Холмлид (2008). «Диффузные межзвездные зонные носители в межзвездном пространстве: все интенсивные зоны, рассчитанные из дважды возбужденных состояний He, встроенных в ридберговскую материю» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 384 (2): 764–774. Bibcode : 2008MNRAS.384..764H . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2007.12753.x .
  11. ^ Дж. Лян; М. Гросс; П. Гой; С. Гарош (1986). "Круговая спектроскопия ридберговских состояний". Физический Обзорный . 33 (6): 4437–4439. Bibcode : 1986PhRvA..33.4437L . DOI : 10.1103 / PhysRevA.33.4437 . PMID 9897204 . 
  12. ^ Сороченко Р.Л. (1990). «Постулирование, обнаружение и наблюдение линий рекомбинации радиоизлучений». В М. А. Гордон; Сороченко Р.Л. (ред.). Линии рекомбинации радио: 25 лет исследований . Kluwer . п. 1. ISBN 978-0-7923-0804-1.
  13. ^ Л. Холмлид (2007). «Прямое наблюдение круговых ридберговских электронов в поверхностном слое ридберговской материи с помощью электронного кругового дихроизма». Журнал физики: конденсированное вещество . 19 (27): 276206. Bibcode : 2007JPCM ... 19A6206H . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 19/27/276206 .
  14. ^ Л. Холмлид (2007). «Спектроскопия вынужденного излучения ридберговской материи: наблюдение ридберговских орбит в остовных ионах». В прикладной физике . 87 (2): 273–281. Bibcode : 2007ApPhB..87..273H . DOI : 10.1007 / s00340-007-2579-9 .
  15. ^ Л. Холмлид (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. ^ a b c Холмлид, Лейф (2008). «Вращательные спектры больших кластеров ридберговской материи K 37 , K 61 и K 91 показывают тенденции в расстояниях связи KK относительно радиуса электронной орбиты». Журнал молекулярной структуры . Elsevier BV. 885 (1–3): 122–130. DOI : 10.1016 / j.molstruc.2007.10.017 . ISSN 0022-2860 . 
  17. ^ Holmlid, 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». Наука о поверхности . Elsevier BV. 602 (21): 3381–3387. DOI : 10.1016 / j.susc.2008.09.007 . ISSN 0039-6028 . 
  18. ^ Holmlid, Л. (2007-04-20). «Прецизионные длины связи для кластеров ридберговской материи K 19 на уровнях возбуждения n = 4, 5 и 6 из вращательных радиочастотных спектров излучения». Молекулярная физика . Informa UK Limited. 105 (8): 933–939. arXiv : физика / 0607193 . DOI : 10.1080 / 00268970701197387 . ISSN 0026-8976 . 
  19. ^ a b c Холмлид, Лейф (1998). «Классические энергетические расчеты с электронной корреляцией конденсированных возбужденных состояний - Ридберговская материя». Химическая физика . Elsevier BV. 237 (1–2): 11–19. DOI : 10.1016 / s0301-0104 (98) 00259-6 . ISSN 0301-0104 . 
  20. ^ Окессон, Хайдех; Бадей, Шахриар; Холмлид, Лейф (2006). «Угловое изменение времени пролета нейтральных кластеров, высвобождаемых из ридбергской материи: первичные и вторичные процессы кулоновского взрыва». Химическая физика . Elsevier BV. 321 (1–2): 215–222. DOI : 10.1016 / j.chemphys.2005.08.016 . ISSN 0301-0104 . 
  21. ^ Холмлид, Лейф (2006-10-26). «Усиление вынужденным излучением в скоплениях ридберговской материи как источник интенсивных мазерных линий в межзвездном пространстве». Астрофизика и космическая наука . ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 305 (1): 91–98. DOI : 10.1007 / s10509-006-9067-2 . ISSN 0004-640X . 
  22. ^ Holmlid, Лейф (2006). «Атмосфера щелочного металла на Луне и Меркурии: объяснение стабильных экзосфер тяжелыми скоплениями ридберговской материи». Планетарная и космическая наука . Elsevier BV. 54 (1): 101–112. DOI : 10.1016 / j.pss.2005.10.005 . ISSN 0032-0633 . 
  23. ^ а б Маныкин Е.А. Охован, Мичиган; Полуэктов, ПП (1983). «Теория конденсированного состояния в системе возбужденных атомов» (PDF) . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 57 (2): 256–262.
  24. ^ Holmlid, Лейф (2008). "Колебательные переходы в ридберговских кластерах материи от вынужденного рамановского рассеяния и задержки фазы Раби в инфракрасном диапазоне". Журнал Рамановской спектроскопии . Вайли. 39 (10): 1364–1374. DOI : 10.1002 / jrs.2006 . ISSN 0377-0486 . 
  25. ^ a b c Маныкин Э. А .; Ожован Мичиган; Полуэктов, ПП (1992). «[Распад конденсата, состоящего из возбужденных атомов цезия]». Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики . 102 : 1109.перевод: Маныкин Э. А .; Ожован Мичиган; Полуэктов, ПП (1992). «Распад конденсата, состоящего из возбужденных атомов цезия» . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 75 (4): 602.
  26. ^ а б в Маныкин Е.А. Охован, Мичиган; Полуэктов, ПП (1994). «Примесная рекомбинация ридберговского вещества» . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 78 (1): 27–32.
  27. ^ Holmlid, Лейф (2002). «Условия образования ридберговской материи: конденсация ридберговских состояний в газовой фазе по сравнению с поверхностью». Журнал физики: конденсированное вещество . 14 (49): 13469–13479. DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 14/49/305 .
  28. ^ Бейгман, Иллинойс; Лебедев, В.С. (1995). «Теория столкновений ридберговских атомов с нейтральными и заряженными частицами». Отчеты по физике . Elsevier BV. 250 (3–5): 95–328. DOI : 10.1016 / 0370-1573 (95) 00074-ц . ISSN 0370-1573 . 
  29. ^ a b Л. Холмлид, "Красные смещения в космосе, вызванные вынужденным комбинационным рассеянием света в холодной межгалактической ридберговской материи, с экспериментальной проверкой". J. Exp. Теор. Phys. ЖЭТФ 100 (2005) 637–644.
  30. ^ Badiei, Shahriar; Холмлид, Лейф (2002). «Магнитное поле во внутрикластерной среде: ридберговское вещество с почти свободными электронами» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 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). « Образование кластера K N путем стабилизации комплекса ридберговских столкновений при рассеянии пучка K от поверхностей диоксида циркония». Журнал химической физики . Издательство AIP. 110 (2): 1212–1220. DOI : 10.1063 / 1.478163 . ISSN 0021-9606 . 
  32. ^ Свенссон, Роберт; Холмлид, Лейф (1992). «Поверхности с очень низкой работой выхода из конденсированных возбужденных состояний: ридберговское вещество цезия». Наука о поверхности . Elsevier BV. 269–270: 695–699. Bibcode : 1992SurSc.269..695S . DOI : 10.1016 / 0039-6028 (92) 91335-9 . ISSN 0039-6028 .