Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы интенсивно исследуется система атомарного спин-поляризованного водорода (Нф) 1,2]. Согласно предсказаниям теории [3-5], эта система должна оставаться газом вплоть до температуры Т = 0, что делает ее уникальной с точки зрения изучения квантовых явлений в слабо взаимодействующем бозе-газе. .
Наибольший интерес к газу Hj, связан с возможностью продвижения в область бозе-эйнштейновской конденсации. Слабость взаимодействия позволяет ожидать, что, в отличие от сильно взаимодей- -ствующей системы жидкого Не4, в газе Н+ бозе-конденсация должна проявляться в целом ряде эффектов, позволяющих непосредственно детектировать количество. конденсата. Выявление таких эффектов представляет большой интерес как с общефизической точки зрения, так и с точки зрения поиска методов прямого обнаружения бозе-конденсации в системе.
Замечательным свойством спин-поляризованного атомарного водорода является то, что он образует кваэидвумернув газовую фазу при адсорбции на поверхности жидкого гелия, покрывающего стенки камеры. Согласно предсказаниям теории [6], адсорбированная фаза Нф должна оставаться газом при любых температурах. Это дает возможность реализовать фазовый переход в состояние двумерной сверхтекучести (переход Костерлица - Таулеса [7]) в слабо взаимодействующем кваэидвумерном газе Н+. Условия достижения фазового перехода в адсорбированном газе Н4, оказываются гораздо менее жесткими по сравнению с условиями бозе-конденсации в объемном газе, и основная трудность здесь связана с регистрацией этого перхода. (Прямое измерение сверхтекучести крайне затруднено сложной геометрией эксперимента). В связи" с этим весьма актуальным является поиск эффектов, свидетельствующих о фазовом переходе в двумерном бозе-газе Н*.
Особый интерес представляют квантовые эффекты в низкотемпературном больцмановском газе Hj., которые можно наблюдать уже при достигнутых на сегодняшний день параметрах (п - 1б17 -1018см"3 и Т - 0.1 - 0.5К). Из известных явлений к ним относятся специфические спиновые волны, предсказанные теоретически [8,9] и обнаруженные экспериментально [Ю]. В настоящее время всвязи с
прогрессом в развитии оптических исследований атомарного водорода представляется актуальным анализ новых квантовых эффектов в низкотемпературном больцмановском газе.
Основная цель настоящей работы состоит в выявлении новых Айайтовых свойств газа.атомарного спин-поляризованного водорода и поиске на их основе способов детектирования фазовых переходов в обменном и адсорбированном газе Н+.
Научная новизна. 1. Построена теория, предсказывающая универсальное влияние фазового перехода на вероятность элементарных неупругих процессов в трехмерном и двумерном газе Нф. Исследованы локальные корреляционные свойства двумерного слабо взаимодействующего бозе-газа. 2. Проведено теоретическое исследование резонансной оптики низкотемпературных квантовых газов Н+ н D+ в условиях, когда- она определяется процессом резонансной передачи возбуждения при парных столкновениях. Предсказывается проявление квантовых корреляций в крыльях спектральных линии, существование экситонов и экситонных поляритонов в газе без конденсата, существование конденсатных поляритонов и поляритонов смешанного типа в бозе-газе Н^, нихе точки бозе-конденсацин.
Практическая ценность работы. Результаты, полученные в диссертации, стимулируют развитие эксперимента по газовой фазе Н+ и постановку новых экспериментальных работ. Эти результаты необходимы при интерпретации и анализе экспериментальных данных.
На эациту выносится
1. Теория, описывающая влияние фазового перехода на элементарные
неупругие процессы в трехмерном и двумерном газе Нф, в том числе:
а) Получение универсальной температурной зависимости вероят
ности неупругих процессов, обусловленной изменением локальных
корреляционных свойств объемного газа нихе точки бозе-конден-
сации Тс. Эффект уменьшения в 6 раз константы трехчастичной
рекомбинации в газе Н* при Т -» 0 по сравнению с ее постоянным
значением при Т > Тс (Эффект "1/6").
б) Теория локальных корреляционных свойств слабо взаимодей
ствующего двумерного бозе-газа нихе точки фазового перехода.
Эффект "1/6" в кваэидвумерном газе Н+, позволяощий детектиро
вать фазовый переход в адсорбированном газе Hj, по падение
константы скорости трехчастичной рекомбинации на поверхности.
2. Теоретическое исследование резонансной оптики низкотемператур-
ных квантовых газов Н+ и D+ в случае, когда она определяет*?» процессом резонансной передачи возбуждения при парных столкновениях, в том числе:
а) Получение соотношений, демонстрирующих проявление простран
ственных квантовых корреляций в крыле спектральной линиш в
низкотемпературном газе.
б) Теория экситона и экситонного поляритона в квантовом газе,
без конденсата.
в) Теория конденсатного поляритона и поляритона смешанного
типа в бозе-газе Н+ с конденсатом.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на 24-ом и 25-ом Всесоюзных совещаниях по физике низких температур (Тбилиси, 1986; Ленинград, 1988), на 2-ом Всесоюзном семинаре по оптической ориентации атомов и молекул (Ленинград, 1989), на конференциях и семинарах в ИАЭ им. И. В. Курчатова. Материал диссертации опубликован в 5 печатных работах [1*-5*].
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Она содержит 124 страницы, 7 рисунков и библиографический список из 40 названий.
