дело Ридберга
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
дело Ридберга [1] — экзотическая фаза материи , образованная ридберговскими атомами ; это было предсказано примерно в 1980 году Э. Маныкин А. , Ожован М.И. и Полуэктов П.П. [2] [3] Он 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 которого могут возникнуть диффузные межзвездные полосы . [10] Круговой [11] Состояния Ридберга, в которых самый 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
[ редактировать ]
Ридберговское вещество обычно состоит из [17] шестиугольный [18] [16] плоский [19] кластеры ; они не могут быть очень большими из-за эффекта замедления, вызванного конечной скоростью света. [19] Следовательно, они не являются газами или плазмой; 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 длинными облаками в космосе. [10] [21] и верхние атмосферы планет. [22] Связь в ридберговском веществе вызвана делокализацией электронов высокой энергии с образованием общего состояния с более низкой энергией. [3] Способ делокализации электронов заключается в формировании стоячих волн в 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 связи для сильной электронной корреляции; [19] он демонстрирует обменно-корреляционные свойства, аналогичные ковалентной связи. [23] Электронное возбуждение и колебательное движение этих связей можно изучить с помощью рамановской спектроскопии . [24]
Продолжительность жизни
[ редактировать ]
По причинам, которые до сих пор обсуждаются в физическом сообществе из-за отсутствия методов наблюдения скоплений, [27] Ридберговская материя очень устойчива к распаду в результате излучения радиации; характерное время жизни кластера при n = 12 составляет 25 секунд. [26] [28] В число причин входят отсутствие перекрытия между возбужденным и основным состояниями, запрет переходов между ними и обменно-корреляционные эффекты, препятствующие излучению из-за необходимости туннелирования. [23] это вызывает длительную задержку затухания возбуждения. [25] Возбуждение играет роль в определении времени жизни: более высокое возбуждение дает более длительный срок службы; [26] n = 80 дает время жизни, сравнимое с возрастом Вселенной. [29]
Возбуждения
[ редактировать ]| н | d (нм) | Д (см −3 ) |
|---|---|---|
| 1 | 0.153 | 2.8×10 23 |
| 4 | 2.45 | |
| 5 | 3.84 | |
| 6 | 5.52 | |
| 10 | 15.3 | 2.8×10 17 |
| 40 | 245 | |
| 80 | 983 | |
| 100 | 1534 | 2.8×10 11 |
В обычных металлах межатомные расстояния почти постоянны в широком диапазоне температур и давлений; это не относится к ридберговской материи, расстояния которой и, следовательно, свойства сильно изменяются в зависимости от возбуждения. Ключевой переменной в определении этих свойств является главное квантовое число n , которое может быть любым целым числом, большим 1; самые высокие значения, о которых сообщается для него, составляют около 100. [29] [30] Расстояние связи d в ридберговском веществе определяется выражением
где a 0 — радиус Бора . Приблизительный фактор 2,9 был сначала определен экспериментально, а затем измерен с помощью вращательной спектроскопии в различных кластерах. [16] Примеры рассчитанного таким образом значения d вместе с выбранными значениями плотности D приведены в соседней таблице.
Конденсат
[ редактировать ]Подобно бозонам , которые могут конденсироваться с образованием конденсата Бозе-Эйнштейна , ридберговская материя может конденсироваться, но не так, как бозоны. Причина этого в том, что ридберговская материя ведет себя аналогично газу, а это означает, что ее нельзя сконденсировать без удаления энергии конденсации; Если этого не сделать, произойдет ионизация. Все решения этой проблемы до сих пор включают в себя каким-либо образом использование прилегающей поверхности, лучшим из которых является испарение атомов, из которых должно образоваться ридберговское вещество, и оставление энергии конденсации на поверхности. [31] Используя атомы цезия , поверхности, покрытые графитом, и термоэмиссионные преобразователи в качестве изоляции, работа выхода поверхности составила 0,5 эВ. [32] что указывает на то, что кластер находится между девятым и четырнадцатым уровнями возбуждения. [25]
См. также
[ редактировать ]Обзор [33] предоставляет информацию о веществе Ридберга и возможных его применениях в разработке чистой энергии, катализаторах, исследовании космических явлений и использовании в датчиках.
Оспаривается
[ редактировать ]Исследование, утверждающее о создании сверхплотной водородной ридберговской материи (с межатомным расстоянием ~ 2,3 мкм: на много порядков меньше, чем в большинстве твердых веществ), оспаривается: [34]
«В статье Холмлида и Зейнер-Гундерсена содержатся утверждения, которые были бы поистине революционными, если бы они были правдой. Мы показали, что они довольно прямым образом нарушают некоторые фундаментальные и очень устоявшиеся законы. Мы считаем, что разделяем этот скептицизм с большей частью научного сообщества. Реакция на теории Холмлида, пожалуй, наиболее ярко отражена в списке литературы к их статье. Из 114 ссылок 36 не являются соавторами Холмлида. И из этих 36 ни один не отвечает утверждениям, выдвинутым им и его соавторами. Это тем более примечательно, потому что утверждения, если они верны, произведут революцию в квантовой науке, добавят по крайней мере две новые формы водорода, одна из которых предположительно является основным состоянием элемента, откроют чрезвычайно плотную форму материи, откроют процессы, которые нарушают закон сохранения барионного числа, а также практически навсегда удовлетворяют потребность человечества в энергии».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ван, Цзяси; Холмлид, Лейф (2002). «Кластеры водорода ридберговой материи с четко определенным выделением кинетической энергии, наблюдаемые с помощью нейтрального времени полета». Химическая физика . 277 (2): 201. Бибкод : 2002CP....277..201W . дои : 10.1016/S0301-0104(02)00303-8 .
- ^ Э.А. Маныкин; М.И. Ожован; П. П. Полуэктов (1980). «Переход возбужденного газа в металлическое состояние». Сов. Физ. Тех. Физ. Летт. 6:95 .
- ^ Jump up to: а б 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 : 1981СФД...26..974М .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ В.И. Ярыгин; В.Н. Сидельников; И.И. Касиков; В.С. Миронов, С.М. Тулин (2003). «Экспериментальное исследование возможности образования конденсата возбужденных состояний в веществе (ридберговская материя)». Письма ЖЭТФ . 77 (6): 280. Бибкод : 2003JETPL..77..280Y . дои : 10.1134/1.1577757 . S2CID 122574536 .
- ^ С. Бадей и Л. Холмлид (2002). «Нейтральные ридберговские кластеры материи из K: Экстремальное охлаждение поступательных степеней свободы, наблюдаемое нейтральным временем пролета». Химическая физика . 282 (1): 137–146. Бибкод : 2002CP....282..137B . дои : 10.1016/S0301-0104(02)00601-8 .
- ^ С. Бадей и Л. Холмлид (2006). «Экспериментальные исследования быстрых фрагментов вещества Х-Ридберга». Журнал физики Б. 39 (20): 4191–4212. Бибкод : 2006JPhB...39.4191B . дои : 10.1088/0953-4075/39/20/017 . S2CID 120897660 .
- ^ Jump up to: 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 полета». Химическая физика . 277 (2): 201. Бибкод : 2002CP....277..201W . дои : 10.1016/S0301-0104(02)00303-8 .
- ^ С. Бадей и Л. Холмлид (2002). «Ридберговская материя K и N 2 : угловая зависимость времени пролета нейтральных и ионизированных кластеров, образовавшихся при кулоновских взрывах». Международный журнал масс-спектрометрии . 220 (2): 127. Бибкод : 2002IJMSp.220..127B . дои : 10.1016/S1387-3806(02)00689-9 .
- ^ А. В. Попов (2006). «Поиски ридберговского вещества: бериллий, магний и кальций». Чехословацкий физический журнал . 56 (С2): Б1294–Б1299. Бибкод : 2006CzJPh..56B1294P . дои : 10.1007/s10582-006-0365-2 . S2CID 120594462 .
- ^ Jump up to: а б Л. Холмлид (2008). «Дифузные носители межзвездных полос в межзвездном пространстве: все интенсивные полосы, рассчитанные на основе дважды возбужденных состояний гелия, встроенных в ридберговскую материю» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 384 (2): 764–774. Бибкод : 2008MNRAS.384..764H . дои : 10.1111/j.1365-2966.2007.12753.x .
- ^ Дж. Лян; М. Гросс; П. Гой; С. Гарош (1986). «Круговая ридберговская спектроскопия». Физический обзор А. 33 (6): 4437–4439. Бибкод : 1986PhRvA..33.4437L . дои : 10.1103/PhysRevA.33.4437 . ПМИД 9897204 .
- ^ Р. Л. Сороченко (1990). «Постулирование, обнаружение и наблюдение линий радиорекомбинации». В М. А. Гордоне; Р.Л. Сороченко (ред.). Радиорекомбинационные линии: 25 лет исследований . Клювер . п. 1. ISBN 978-0-7923-0804-1 .
- ^ Л. Холмлид (2007). «Прямое наблюдение круговых ридберговских электронов в поверхностном слое ридберговской материи методом электронного кругового дихроизма». Физический журнал: конденсированное вещество . 19 (27): 276206. Бибкод : 2007JPCM...19A6206H . дои : 10.1088/0953-8984/19/27/276206 . S2CID 95032480 .
- ^ Л. Холмлид (2007). «Спектроскопия стимулированного излучения ридберговской материи: наблюдение ридберговских орбит в основных ионах». Прикладная физика Б . 87 (2): 273–281. Бибкод : 2007ApPhB..87..273H . дои : 10.1007/s00340-007-2579-9 . S2CID 120239230 .
- ^ Л. Холмлид (2009). «Ядерные спиновые переходы в диапазоне кГц в кластерах ридберговской материи дают точные значения внутреннего магнитного поля вращающихся вокруг ридберговских электронов». Химическая физика . 358 (1): 61–67. Бибкод : 2009CP....358...61H . doi : 10.1016/j.chemphys.2008.12.019 .
- ^ Jump up to: а б с Холмлид, Лейф (2008). «Вращательные спектры больших кластеров ридберговской материи K 37 , K 61 и K 91 дают тенденции в расстояниях связей KK относительно радиуса электронной орбиты». Журнал молекулярной структуры . 885 (1–3). Эльзевир Б.В.: 122–130. Бибкод : 2008JMoSt.885..122H . doi : 10.1016/j.molstruc.2007.10.017 . ISSN 0022-2860 .
- ^ Холмлид, Лейф (2008). «Кластеры H N + (N=4, 6, 12) из конденсированного атомарного водорода и дейтерия, что указывает на плотноупакованные структуры в десорбированной фазе на активной поверхности катализатора». Surface Science . 602 (21). Elsevier BV: 3381–3387. Bibcode : 2008SurSc. 602.3381H j.susc.2008.09.007 doi : 10.1016 . ISSN 0039-6028 /
- ^ Холмлид, Л. (20 апреля 2007 г.). «Точные длины связей для кластеров ридберговской материи K 19 на уровнях возбуждения n = 4, 5 и 6 по спектрам вращательного радиочастотного излучения». Молекулярная физика . 105 (8). Информа UK Limited: 933–939. arXiv : физика/0607193 . Бибкод : 2007MolPh.105..933H . дои : 10.1080/00268970701197387 . ISSN 0026-8976 . S2CID 93258712 .
- ^ Jump up to: а б с Холмлид, Лейф (1998). «Классические энергетические расчеты с электронной корреляцией конденсированных возбужденных состояний - Ридберговская материя». Химическая физика . 237 (1–2). Эльзевир Б.В.: 11–19. Бибкод : 1998CP....237...11H . дои : 10.1016/s0301-0104(98)00259-6 . ISSN 0301-0104 .
- ^ Окессон, Хайде; Бадей, Шахриар; Холмлид, Лейф (2006). «Угловое изменение времени пролета нейтральных кластеров, высвободившихся из ридберговской материи: процессы первичного и вторичного кулоновского взрыва». Химическая физика . 321 (1–2). Эльзевир Б.В.: 215–222. Бибкод : 2006CP....321..215A . doi : 10.1016/j.chemphys.2005.08.016 . ISSN 0301-0104 .
- ^ Холмлид, Лейф (26 октября 2006 г.). «Усиление стимулированным излучением в ридберговских скоплениях материи как источник интенсивных мазерных линий в межзвездном пространстве». Астрофизика и космическая наука . 305 (1). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 91–98. Бибкод : 2006Ap&SS.305...91H . дои : 10.1007/s10509-006-9067-2 . ISSN 0004-640X . S2CID 123663484 .
- ^ Холмлид, Лейф (2006). «Атмосферы щелочных металлов на Луне и Меркурии: объяснение стабильных экзосфер тяжелыми скоплениями ридберговской материи». Планетарная и космическая наука . 54 (1). Эльзевир Б.В.: 101–112. Бибкод : 2006P&SS...54..101H . дои : 10.1016/j.pss.2005.10.005 . ISSN 0032-0633 .
- ^ Jump up to: а б Маныкин Е.А.; Оджован, Мичиган; Полуэктов, П.П. (1983). «Теория конденсированного состояния в системе возбужденных атомов» (PDF) . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 57 (2): 256–262. Бибкод : 1983ЖЭТП...57..256М .
- ^ Холмлид, Лейф (2008). «Колебательные переходы в ридберговских кластерах материи в результате стимулированного комбинационного рассеяния света и фазовой задержки Раби в инфракрасном диапазоне». Журнал рамановской спектроскопии . 39 (10). Уайли: 1364–1374 гг. Бибкод : 2008JRSp...39.1364H . дои : 10.1002/мл.2006 . ISSN 0377-0486 .
- ^ Jump up to: а б с Manykin, É. A.; Ozhovan, M. I.; Poluéktov, P. P. (1992). "[Decay of a condensate consisting of excited cesium atoms]". Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики . 102 (4): 1109. Bibcode : 1992JETP...75..602M . translation: Маныкин, Э. А.; Ожован, Мичиган; Полуэктов, ПП (1992). «Распад конденсата, состоящего из возбужденных атомов цезия» . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 75 (4): 602. Бибкод : 1992ЖЭТП...75..602М .
- ^ Jump up to: а б с Маныкин Е.А.; Оджован, Мичиган; Полуэктов, ПП (1994). «Примесная рекомбинация ридберговской материи» . Журнал экспериментальной и теоретической физики . 78 (1): 27–32. Бибкод : 1994ЖЭТП...78...27М .
- ^ Холмлид, Лейф (2002). «Условия образования ридберговской материи: конденсация ридберговских состояний в газовой фазе по сравнению с поверхностью». Физический журнал: конденсированное вещество . 14 (49): 13469–13479. дои : 10.1088/0953-8984/14/49/305 . S2CID 250782651 .
- ^ Бейгман, Иллинойс; Лебедев В.С. (1995). «Теория столкновений ридберговских атомов с нейтральными и заряженными частицами». Отчеты по физике . 250 (3–5). Эльзевир Б.В.: 95–328. Бибкод : 1995ФР...250...95Б . дои : 10.1016/0370-1573(95)00074-q . ISSN 0370-1573 .
- ^ Jump up to: а б Л. Холмлид, «Красные смещения в космосе, вызванные вынужденным комбинационным рассеянием в холодной межгалактической ридберговской материи, с экспериментальной проверкой». Дж. Эксп. Теор. Физ. ЖЭТФ 100 (2005) 637–644.
- ^ Бадей, Шахриар; Холмлид, Лейф (2002). «Магнитное поле во внутрикластерной среде: ридберговское вещество с почти свободными электронами» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 335 (4): Л94. Бибкод : 2002MNRAS.335L..94B . дои : 10.1046/j.1365-8711.2002.05911.x .
- ^ Ван, Цзяси; Энгвалл, Клас; Холмлид, Лейф (8 января 1999 г.). «Формирование кластера K N путем стабилизации комплекса ридберговских столкновений во время рассеяния K-луча на поверхностях диоксида циркония». Журнал химической физики . 110 (2). Издательство АИП: 1212–1220. Бибкод : 1999JChPh.110.1212W . дои : 10.1063/1.478163 . ISSN 0021-9606 .
- ^ Свенссон, Роберт; Холмлид, Лейф (1992). «Поверхности с очень низкой работой выхода из конденсированных возбужденных состояний: ридберговское вещество цезия». Поверхностная наука . 269–270. Эльзевир Б.В.: 695–699. Бибкод : 1992SurSc.269..695S . дои : 10.1016/0039-6028(92)91335-9 . ISSN 0039-6028 .
- ^ 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.
- ^ Клавс Хансен (2022). Комментарий к статье «Сверхплотный протий p(0) и дейтерий D(0) и их связь с обычным ридберговским веществом: обзор» 2019 Physica Scripta 94, 075005 . arXiv : 2207.08133 .
