Ю. В. Д у м и н
DESCRIPTION
"Физика фундаментальных взаимодействий" Москва, ИТЭФ 23 - 27 ноября 2009. Проблема космологических фазовых переходов в свете лабораторных исследований динамики неравновесных Бозе-конденсатов. Ю. В. Д у м и н. Институт земного магнетизма, ионосферы и - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Проблема космологических фазовых переходов в свете лабораторных
исследований динамики неравновесных Бозе-конденсатов
Ю. В. Д у м и н
Институт земного магнетизма, ионосферы ираспространения радиоволн им. Н.В. ПушковаРоссийской академии наук
142190 г.Троицк Московской обл.
E-mail: [email protected]
"Физика фундаментальных взаимодействий"
Москва, ИТЭФ23 - 27 ноября 2009
1
Введение: Образование топологических дефектов при сильно-неравновесных фазовых переходах
При резком уменьшении температуры ненулевые значения параметра порядка в удаленных областях пространства устанавливаются независимо друг от друга. В результате, на границах между ними могут возникнуть конфигурации с нетривиальными топологическими инвариантами. При последующей релаксации они трансформируются в стабильные топологические дефекты.
2
В зависимости от исходной группы симметрии параметра порядка это могут быть, в частности, доменные стенки, вихри (струны), монополи и т.п.
N.N. Bogoliubov. Suppl. Nuovo Cimento (Ser. prima), v.4, p.346 (1966) T.W.B. Kibble. Journal of Physics A, v.9, p.1387 (1976) W.H. Zurek. Nature, v.317, p.505 (1985)
Введение: Космологические фазовые переходы полей Хиггса ...
типичны для многих моделей элементарных частиц (электрослабая теория, GUT и т.п.);
широко обсуждались в 1980х годах в контексте ранних версий инфляционных моделей;
сталкиваются с проблемой избыточной концентрации топологических дефектов,противоречащей наблюдательным ограничениям;
удовлетворительное решение проблемы избыточной концентрации дефектов до сих пор отсутствует;
лабораторные исследования неравновесных Бозе-конденсатов в периодических потенциалах могут полить свет на решение этой проблемы. 3
Согласно общепринятой теории Киббла-Цурека вероятность образования дефектов фазы на гра-нице между доменами является универсальной величиной порядка единицы (зависящей лишь от группы симметрии). В результате получается:
где d = 1, 2 и 3 для доменных стенок, космичес-ких струн и монополей, соответственно.
Этот нижний предел противоречит верхнему пре-делу, выводимому из наблюдательных данных.
,
Исследование скачков фазы Бозе-конденсата в экспериментах с периодическими сверхпроводящими структурами
[R. Carmi, E. Polturak, G. Koren. Phys. Rev. Lett., v.84, p.4966 (2000)]
4
Хотя в процессе охлаждения Бозе-конденсаты формируются независимо, в изо-лированных сегментах сверхпроводящего кольца, их фазы оказываются скорре-лированными по закону Больцмана, т.е. система “помнит” свое исходное тепловое состояние.
Таким образом, стандартный механизм Киббла-Цурека должен быть модифициро-ван путем учете остаточных тепловых корреляций.
Исследование скачков фазы Бозе-конденсата в экспериментах с ультрахолодными газами в периодических потенциалах
[Z. Hadzibabic, et al. Nature, v.441, p.1118 (2006)]
optical lattice
latticebeams
camera
imagingbeam
frac
tion
of im
ages
with
dis
loca
tions
average central contrast, c0
T
5 Как и в эксперименте со сверхпроводящим кольцом, вероятность образования де-фектов фазы существенно подавляется с уменьшением температуры
Простейшая модель образования дефектов
Лагранжиан:
Стабильные вакуумные состояния:
структура переходной области (доменной стенки):
энергия, сконцентрированная в элементарном дефекте (доменной стенке):
Предположение: Картина доменов, образующихся после фазового пере-хода, может быть аппроксимирована регулярной квадратной решеткой.
Концентрация нескоррелирован-ных дефектов:
Концентрация дефектов, испытывающих тепловые корреляции (формально сводится к модели Изинга):
и т.д.
D = 1
D = 2
6
[Yu.V. Dumin. New Journal of Physics, v.11, p.103032 (2009)]
.
Выводы:
Включение тепловых корреляций (выявленных в лабораторных экспериментах) в рассмотрение космологических фазовых переходов позволяет улучшить оценки концентрации топологических дефектов (таких как доменные стенки, космические струны и монополи) и, тем самым, достичь разумного согласия с наблюдательными ограничениями.
Как и ожидалось, количество дефектов уменьшается с ростом отношения энергии дефекта E к температуре фазового перехода T.
Эффект подавления оказывается не слишком большим в одномерном пространстве, однако значительно усиливается в пространствах более высокой размерности (D > 1).
Дальнейшее уточнение оценок требует рассмотрения доменов нерегулярной формы доменов и более сложных групп симметрии параметра порядка.
7