Квантовые эффекты в кинетических и оптических свойствах спин-поляризованного атомарного водорода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ им. И.В. КУРЧАТОВА

На правах рукописи УДК: 539.128

СВИСТУНОВ Борис Владимирович

КВАНТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В КИНЕТИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ СПИН-ПОЛЯРИЗОВАННОГО АТОМАРНОГО ВОДОРОДА

(01.04.02 - теоретическая физика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1990

Работа выполнена в ордена Левша ■ ордена Октябрьское Революции Институте атомное энергия им. Н. В. Курчатова

Яаучвые руководители: академик АВ СССР

доктор физико-математических наук

профессор

доктор физико-математических ваук

О. «L Катав Г. В. 1хлпиихов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

профессор

кандидат физико-математических ваук

B. М. Аграиоанч

C. И. Вевчевко

Ведущая организация:

Институт физических проблем АН СССР

— л-"0

Запита состоится уым'о/***.- 1990г. .в час.

на заседании специализированного Совета по ядериоА физике в

физике твердого теда (Д. 034.04.02) при Институте атомвоЯ энергии

т. И. В. Курчатова so адресу: 1231В2, Москва, пловддь академика

И. В. Курчатова, -46. .

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке МАЭ. Автореферат разослан //_ 1990г.

Учены& секретарь специалиэироааяяого Совета

М.Х Схорохватов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы интенсивно исследуется система атомарного спин-поляриэованного 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 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-поляриэованного 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 квазидвумерном газе 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 Н4., которые можно наблюдать уже при достигнутых на сегодняшний день параметрах (п - 1017 -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 низкотемпературной больцмановском газе.

Основная цель настоящей работы состоит в выявлении новых Майковых свойств газа, атомарного спин-поляризованного водорода и ГГоЙсЛе на их основе способов детектирования фазовых переходов в объемном и адсорбированном газе Н^,.

Научная новизна. 1. Построена теория, предсказывавшая универсальное влияние фазового перехода на вероятность элементарных неупругих процессов в трехмерном и двумерном газе 11^.. Исследованы локальные корреляционные свойства двумерного слабо взаимодействующего бозе-газа. 2. Проведено теоретическое исследование резонансной оптики низкотемпературных квантовых газов Н+ и в условиях, когда- она определяется процессом резонансной передачи возбуждения при парных столкновениях. Предсказывается проявление квантовых корреляций в крыльях спектральных линий, 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 защиту 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 вероятности 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 взаимодействующего двумерного бозе-газа нихе точки фазового перехода. Эффект "1/6" в кваэидвумерном газе позволяющий детектировать фазовый переход в адсорбированном газе Нд, по падение константы скорости трехчастичной рекомбинации на поверхности.

2. Теоретическое исследование резонансной оптики низкотемператур-

ных квантовых газов Н4 и в случав, когда она определяет*?» процессом резонансной передачи возбуждения при парных столкновениях, в том числе:

а) Получение соотношений, демонстрирующих проявление пространственных квантовых корреляций в крыле спектральной линиш 9 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой части (главы 1-3) рассматривается влияние фазового 1ерехода на неупругие элементарные процессы в трехмерном и хвумерном (адсорбированном на поверхности жидкого гелия) газе Равное внимание уделено процессу трехчатсичной дипольной зекомбинации - основному каналу распада системы при болших

1лотностях.

В первой главе рассматривается трехмерный случай. Из общих ¡оображений показывается, что наличие бозе-конденсата должно ¡ущественно менять вероятность неупругих переходов, протекающих в ■азе бозе-частиц [1 ]. Это связано с отсутствием необходимости :имметризовать волновую функцию вступающих в процесс конденсатных астиц, что меняет амплитуду неупругого перехода по сравнению со лучаем без конденсата, где такая симметризация нужна. В езультате возникает температурная зависимость констант скоростей еупругих процессов, обусловленная изменением плотности

конденсата с температурой. Наличие такой зависимости тем более замечательно, что при низких температурах I < Т, (Т,~ 1/mR*, в -маса атома газа, R0 - характерный масштаб неупругого взаимодействия, ь=1) константа скорости неупругого поцесса в газе без конденсата не зависит от Т. Из условия газовости nR3« 1 следует, что Т, много больше температуры бозе-конденсации Гс (в газе Н* для рекомбинационных процессов Т.~ 1К). Таким образом, появление температурной зависимости скорости неупругих процессов при Т < Тс происходит на фоне полного отсутствия таковой в широком интервале температур при Т > Т£. Это ■ явление открывает возможность детектировать появление бозе-конденсата в системе и измерять его плотность по падению скорости рекомбинации с понижением Т.

В случае неупругого перехода с большим энерговыделением Е0» тах<Т, 4пап/п), где а - длина рассеяния (для трехчастичной •дипольной рекомбинации Е - 100К есть энергия связи образующейся в результате реакции возбужденной молекулы Н2), для вероятности процесса W получено универсальное выражение, связывающее W с локальными корреляционными свойствами газа. Для трехчастичного процесса оно имеет вид [1*]

W = о„ n3 Z ,

0 (1)

Z = С1/6п3) $ $> .

Здесь ао - константа скорости перехода в газе без конденсата при Т « Т.; все ^-операторы в корреляторе 2 берутся в одной точке пространства и в один момент времени. В приближении идеального газа Ъ ■ 1 при Т * Т£ и убывает с температурой при Т < Тс (см. рис. 1. ), выходя на значение 1 = 1/6 при Т = 0 (эффект "1/6").

Для выяснения влияния неидеальности газа на результат (1) вычислена поправка на неидеальность при Т = 0. С учетом того, что неупругое взаимодействие существенно слабее упругого, для У получается универсальное соотношение [1*]:

и(Т=0) = (ос0п3/6>[1 + 64(па3/л>,/2] . (2)

Вторая глава посвящена рассмотрению неупругих процессов в адсорбированном квазидвумерном газе Н* [2*]. Принципиальное отличие двумерного случая состоит в отсутствии при конечной

Рис. 1. Температурная эависпыость вероятности тропчастичного нвупругого перехода

гешоратурэ истинного бозэ-копденсата, что девает иеадехватаиа лростоэ рассулдешм на таьгао симметризации волновой функции начального состояния вступакстх в реакции частяц. Поэтову эдипстзенно правильный подходом в этом случав является установление связи вероятности иеупругого перехода с локальными сорреляционныип свойствами газа с последующим изучение» эта я ;воПств.

Аналог СООТНОЕ9ННЛ (1) в двумерном случав имеет вид (2*)

В п3

. У« "а . (3,

1п (г/кв(1)

г = с 1/бп*> $ *> . • (4)

|десь п5 - поверхностная плотность, 0О - независящая от емпературы и плотности величина. ке - обратный корреляционный адиус, (1 - двумерная длина рассеяния <квй « 1). Большой логарифм знаменателе (3) специфичен для двумерного газа. Его появление бусловлено зависимостью амплитуды перехода от импульсов сталхи-ающихся частиц, которая вызвана их упругим взаимодействием.

Доя вдеясвекяя корреяятора г суввстаакпо. что двуверпый безе-газ обладает вяяе точке фазового перехода Т^ дсуя-тсзяабкосгьо: иасятаб ба степенного спадашя иатрицы шютаосп: 1В-1а] вгяяк ею сравнении с обычиьш корреляционный радиусом ге. Это позволяет ввасти совятне ввазвкопденсата (конденсата с фл^туирузщай фазой 1. В ячайка разшгра г#« I « В( ш как бы ¡шее:'. снеге ку с реаяыаш коадзисатси. Прп зтои, однако, фазы кокдзггеатаьзг волновая фуякциЗ в ячейкам. расстокнаа кзкду ветерана <5ога»ве Ка окезмаавте* кейорреяйровашшиа. что в ко дает везвоваость ввести коцдгкеатпутз волаозуп функцяо для всей спстеиы в еэжн*. Благодаря изяйчкв квазнпоцдеисате в двуиериоы бозв-газо прв Т < Т^, его яокадьвые ворреаяцйонкш сгойетва идентичны свевства» газа с реадыши ковдеяевтов. Таким образ оа, взаенашю вероятности кеутфупзг процессов в двумерной безе-газа при Г < Т^ будет иавп» ввчествеяво такой яе карактер, что и в тредыерноы случае. <Ёо8ояйит«яьнаа зависимость и от текператури, связанная с теиввратурцоО зависимости веяачккы к(. является слабой).

АдсорбвроважшЯ ка ейдкон геяйн водород на саион дохе образует ее чисто дзуыерньШ, а явзэидвуыерныЯ газ в той отеле. что он оказывается заветно дзяокадизован в перпаидккудяриом к поверхности исправлении. Это приводит б току, что стоямюзекия частиц приобретают треввериыЯ характер, во кикзиатачаекко свойства адсорбированного газа остается даунернши. Вероятность кеупругого процесса в этой случае определяется выракеиизм [2*]

* И ♦ <га/1)1п(2Л 1))*

-2-2--2 . (5)

где есв в а - ухе введенные рапею трахивркыз константа скорости процесса и длина рассеяния. 1 « <2вс0)*|/а - длина делокализацгш адсорбированного атома парпенднхуяярно поверхности.

Подучекиый результат имеет 'принципиальное значение дня адсорбированного иа жидком гадки газа И*. Трехчастичная дмпояьиая рекомбинация в адсорбированной фазе во многих случаях является ведущий канадои распада всего газа Н*. что дает возможность детектировать фазовый переход в адсорбированной газе. Такая перспектива представляется очень заманчивой, поскольку условия для этого перехода реализовать гораздо легче, чем дяя бозе-хояденсацвн в объеме.

б

Во второй чести (гяавы 3-5J вссяздуатея взапйздгйатсзэ костатечио пяотпш , аваптозш газов Н* я D* о резсизпеяыа эяоктроиагпнпша кзвучгппга а усяовпаз, когда crrmsa епрааэяаэтез зроцессон ретоианенс!) пзрэдача ессбузлетпзя (пЛ I, а - яютз 5один фотона), а спя этот прскзсс косят бяяаряггЭ варавтер. Пйэйкэ эта область резопзпеаоЯ сптстп прэдстазяаэт нгябоЕъгаЯ пятсрес о гочкп зргшя пропуская . nsssoTCKnsparypsisj ггзса ввютсзгп ¡аойств.

В третьей глазе рассмзтрпэаотся крыто спгзтраяьлоЯ лпшш »томного парохода t э" ]. котороиу отвечает частоты ' '

|Ду| » nd* . (8)

■да L'j ® о - оа (и - частота фотова, ы0 - частота атокного ¡ерэкода), d - дяпогъпнЭ коызят пороаода. О арыгэ яашга югяоцзвко фотона происходит а паре частиц газа при па сбяидгнка [а расстогашо г., где рэзоианспое '.взаваодеПствнз атои -юзбухдашшй атом совпадает с расстройкой частоты ¿и. Пря усаозпа

в^г.-к;'. (7>

да R0 - эффективный радиус упругого взаийодеЯстаия в газе евозбуядеиныа атоиов, кт - тепловой нияудьс (в выроядешюм ария-газа - импульс Ферин), коэффициент поглог^ния оказывается епосредствеино записпгзш от пространственных квантовых коррекция а газе. Усяоане (7) очевидным образом связано с условием 1, которое выполняется уве в больциановских газах и Dv Для коэффициента поглощения получено выражение [Э*]

К(Аы) » К0(Аы) 2<г.) . da/r* = Аы . (8)

2(г) = (1/па) <**(0)**(г)$(г)Ф(0)> , (9)

не K0<Aw) - известное вырахенме квазистатнчесхой теории для ээффициента поглощения в крыле линии (см., напр., '[13]). Таким 5разом, в крыле линии при Ьи > 0 имеет место квазистатнческая фтина поглооення излучения даже при существенно квантовом >рактере столкновений невозбужденных атомов. При ¿и <0 в гакотемпературнои газе квазистатическое крыло отсутствует, н >гут быть только резкие пики, отвечающие переходам в связанные

состояния возбужденной молекулы.

Величина К(Аы). согласно (8). (9), определяется параизтрои к^.. При к^г.» 1 имеет место классические результат К «= Кд. В бозе-газе с понижением температуры К монотонно возрастает к выходит на значение 2К0 при к^,« 1 (си. рис. 2). В ферш-газе К монотонно убывает с уменьшением Т (см. рис. 2). При к^.« 1 мы инеем здесь К < К0.

Как показывает оценки, наблюдение квантовых корреляций в газах Н* и 0+ возможно при плотностях п к 101Тсм~3 и температурах Т ~ 0.1 - 0.8 К, уже достигнутых в современных экспериментах {1,2].

Формирование бозе-конденсата в газе Н* должно принципиально отразиться на ведичине К. В области бозе-конденсащш заведоко имеет место условие к^,« 1, позволяющее положить г.» О в корреляторе 2. В приближении идеального газа 2(0) * 2 - (п/п)* (п0~ плотность конденсата). Поэтому с ростом доли кондеисаткых частиц К начинает плавно убывать, возвращаясь при п = п0 б классическому значение К0. Этот эффект указывает на возможность оптического детектирования конденсата в системе.

/ '

О 10 2.0 3.0 4.0 Котн.ед.)

Рис. 2. Коэффициент поглощения в больцмановских газах Н* и

В четвертой главе рассматривается резонансная сятета квантового газа без конденсата в центре линия (|Ды| в tldJ> I«"]. В низкотемпературном режиме, когда сачекиа процесса передача возбуждения а выходит на свое предельное значение - г* (r0 - nd1), и выполняется условие

к/0< 1 . СЮ)

процесс передачи возбуждения происходит при парных столкновениях и носит когерентный характер, поскольку из (10) вытекает условие

Г с nd* . at)

где Г - характерная стояхиовитехьиая сирина возбужденного атома, а величина nd1 определяет иасптаб когерентного взаимодействия этого атона с газовой средой. Параметр nd2 одновременно определяет и касптаб области частот вблизи резонанса, а которой излучение сильно взаимодействует о газом. Поэтому неравенство (11) означает, что резонансная оптика должна носить в сспоаиом когерентный характер.

Из условия (11) следует возможность формирования слабо затухающей коллективной моды - своего рода экситонов (эта иода является аналогом спиновых волн, характерных для газа Н* [14]). Сильное когерентное взаимодействие резонансного излучения с экситонаии приводит к тому, что истинными элементарными возбуждениями в системе будут поляритоиы - квазичастицы, являющиеся суперпозицией фотона и экситоиа, которые и будут определять оптику газа. В частности, характерная для спектра поляритоноз цель АЕ - 4rmd2 предопределяет существование области полного отражения излучения от газовой среды.

Ситуация, однако, усложняется наличием дополнительной дисперсии возбужденного атона, связанной с несферичностью резонансного взаимодействия. Дополнительная дисперсия приводит к мнимой части диэлектрической проницаемости порядка единицы в интервале частот Ас = 4nnd2. В этом интервале поляритоцы являются сильно затухающими, и оптика качественно имеет тот же характер, что и в высокотемпературном газе. Интервал Ас может частично или полностью перекрывать интервал щели ДЕ, сокращая область полного

отражения. Вне интервала Ас резонансная оптика остается

•

-4.0

05 и (стн. ел.}

Рве. 3 Диэлектрическая проницаемость вояъциановсаого сЗозе-гаэа (случай с экситоиным полосой)

&

Ш) 6Л

о

-м

-Ш)

А®

-О

е 1

-05

05

10 ы(отн.ед.)

Рис. 4 Диэлектрическая проницаемость больцмановского боэе-газа (случай без полоса)

ксгсргптпэЯ н по-преакону икает поляритошшЯ характер. Конкретная величина диэлектрической пропяцавкостя при этой сусвстпеппо зависят от вида потенциала передачи возбундеиия па каких расстояниям г « г0. На рпе. 3 я 4 представяены два характерна слагая. О первой случае дополиптекька'я дпспэрспя яявь уменьшает величину области полного отравения, сохраняя полос, отвочакзЯ! аксптопу. По аторои случае полос отсутствует (звсятоц язяяется сияыю затухзкзга). .

КрптгриЯ бипариостн процесса передачи возбуждения пг®< 1 вместе с условней п*'э1 пеквадызает ограничение саерау па величину <1:

ЕЙа€ * . (12)

Этому ограпитаппа соотпатстоупт иэлучатеяьпыэ переходы из 1 основного состояния атоиа водорода а • состоянко с главный кваитовии •шелом V » 1. В своп очередь условие (10) при реально достйякншг и газе еппп-поляртаоваинего водорода температурах' о десятки инлтткеяьштоп коает быть выполнено лша при I» в 5.

ПроеедегншЯ. анализ предполагает токае малость допяггроасхого угареппя:

»д/с с п<1* . (13)

При реально достижимых температурах газа это условие иохет бить выполнено прп плотностях, превыааваях Ю^см'*. Такие пяотпостя достизины прп сгатии газа Н+ а сильно неоднородном электрической или нагшгпгем поле [15].

В пятой главе показано, что появление бозе-коиденсата принципиально кепяет картину взаимодействия газа с резонансный электромагнитным излучением [з*]. Сусзстгепно, что главных образом это связано с изменением корреляционных свойств, системы, а не функции распределения частиц по импульсам. Когерентное взаимодействие электромагнитного излучения, с возбужденными , атомаки через конденсат (фактически играющий роль классического поля) приводит к образовашт в газе квазичастиц (поляритоцов), являвшихся суперпозицией фотона и возбужденного атома. Таким образом, в чистом конденсате мы имеем поляритоны нового типа -кондеисатиые поляритоны. Для них также характерна вель в спектре и соответствующий этому эффект полного отражения излучения от газового объема.

Гамильтониан, опясываияй поляритоиы в чистом конденсате. имеет »яд:

н О I е,ш г;Лл ♦ 4

« /Ал Л А А. А А Аа А И

(14)

где Гкл. <5кх - операторы уничтожения фотонов и возбужденных атомов. 8>«^ни04; ег(к)*ск - энергия фотона, с4(к) * и0* ка/2и -энергия возбужденного атома. Гамильтониан такого вида типичен для микроскопической теории поляритоиов в кристалле (см.. напр., {1С}). Он диагоиалиэуется с помощью канонического преобразования м аает следующее выражение для спектра поляритоиов

с<к> • ♦ «:> * - «?>'♦ «\«.Г- <15>

Если пренебречь кинетической энергией возбужденного атома и положить с4» ы^ то зависимость волнового вектора полярнтоиа к от его энергии приобретает форму

сЪ(Е) ■ Е1 - V5"! • <16)

Еа-

Из (16) непосредственно следует, что между двумя ветвями спектра поляритонов имеется энергетическая цель & » 4яп0<1г.

В газе Н+ конечной температуры Т < Тс, когда имеются над-конденсатиые частицы, и есть возможность для формирования как кояденсатных поляритонов. так и поляритонов эхснтонного типа, оказывается, что эти два типа возбуждений, взаимодействуя, образуют поляритоны смешанного типа. Комбинирование поляритонов из ветвей различного типа в боэе-газе с конденсатом отражается в том, что диэлектрическая проницаемость как функция частоты может иметь теперь два полюса с областью полного отражения вблизи каждого из них. Именно такой случай представлен на рис. 5. В случае, представленном иа рис. 6, один из полюсов "съедается" областью сильного поглощения, воэвикаюцей, как и в газе без конденсата, из-за дополнительной дисперсии возбужденного атома.

с

4.0

г.о о

-го

-4.0

1 1

) У

[ в" N

/ ✓Г

/

-05

05

1Д

15 (Нотн.ед.)

Рис. 5. Диэлектрическая проницаемость бозе-газа с конденсатом (случай с двумя полосами)

4.0

2.0 0

-го

-4.0

У

/4 А

/ с

/ &

-0.5

0.5 И (отн.'ед.)

Рис. 6. Диэлектрическая проницаемость бозе-газа с конденсатом (случай с одним полюсом)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Построена теория, описывающая вяиянне бозе-конденсации на неулругие элементарные процессы в газе Н^. Выявлен универсальный характер температурной зависимости вероятности неупругих процессов, обусловленный изменением локальных корреляционных свойств газа ниже точки бозе-конденсации. Показано, что вероятность трехчастичной дипольной рекомбинации - основного канала распада плотного газа Н* - при Т -» 0 падает в 6 раз по сравнению со своим не зависящим от температуры значением при Т * Тс (Эффект "1/6").

2. Установлено, что локальные корреляционные свойства слабо неидеального двумерного бозе-гаэа ниже точки фазового перехода Т„ идентичны свойствам газа с истинным конденсатом. Предсказан эффект сильного падения константы скорости неупругих процессов в квазидвумерном адсорбированном газе Н^, при понижении температуры ниже Тю, что открывает возможность детектирования фазового перехода по измерению параметров трехчастичной рекомбинации атомов Н на поверхности.

3. Построена теория взаимодействия квантового газа с резонансным электоромагнитным излучением в условиях, когда оптика определяется процессом резонансной передачи возбуждения, а сам этот процесс носит бинарный характер. Показано, что в крыле спектральной линии должны проявляться присущие низкотемпературному газу пространственные квантовые корреляции, которые мохно обнаружить экспериментально в газах Н^ и по температурной либо частотной зависимости коэффициента поглощения.

'4. Установлено, что резонансная оптика квантового газа в центре линии предопределяется возможностью существования в газе собственной когерентной коллективной моды переноса возбуждения -специфического экситона - и носит в основном когерентный характер. Элементарными оптическими возбуждениями в этом случае являются экситонные поляритоны, характеризующиеся энергетической 'щелью в спектре, что приводит к эффекту полного отражения излучения от газового объема в определенной области частот. 5. Рассмотрено влияние бозе-конденсации на оптику газа в центре линии. Показано, что когерентное взаимодействие фотона с возбужденным атомом через конденсат может приводить к образованию

суперпозиционных квазичастиц фотон - возбужденный атом (конденсатных поляритонов). При конечных температурах взаимодействие конденсатных и экситонных поляритонов приводит к их гибридизации и образованно поляритонов смешанного типа. Диэлектрическая проницаемость как функций частоты в этом случае может иметь два полюса, 'вблизи каждого из которых будет область полного отражения.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1Каган D. Н., Свистунов Б. В., Шляпников Г. В. "Влияние бозе-кон-денсации на неупругие процессы в газе".. - Письма в НЭТФ, 1985, 42, 169-172. 2*. Каган В. М., Свистунов Б. В., Шляпников Г. В.. "Влияние фазового перехода на неупругие процессы в двумерном бозе-гаэе". ЖЭТФ, 1987, 93,' 552-569. 3*. Каган Ю. М., Свистунов Б. В., Шляпников Г. В. "Квантовые корреляции в оптических характеристиках низкотемпературных газов 1Ц и D^". - Письма в КЭТФ, 1988, 48, 54-57. 4*. Свистунов Б. В., Шляпников Г. В. "Резонансная оптика низкотемпературных квантовых газов и D*". - ЯЭТФ, 1990, 97, 821. 5*. Свистунов Б. В., Рляпников Г. В. "Влияние бозе-конденсации на резонансную оптику в газе Н*". - ЖЭТФ, 1990, 98, 129-140.

Цитируемая литература

1. Greytak T.J., Kleppner D. "Lectures on Spin-Polarized Hydrogen". - New Trends in Atomic Physics, v.2/Ed. by G.Grynberg, R.Stora, North-Holland, Amsterdam, 1984, 1125. . ■

2. Silvera F., Walraven J.T.M. "Spin-Polarized Hydrogen". -- Progress in Low Temperature Physics, v.X /_ Ed. by D.F.Brewer, North-Holland, Amsterdam, 1986, 139.

3. Hecht C.E. - Physica, 1959, 25, 1159.

4. Dugan J.v., Etters R.D. "Ground State Properties of Spin-Aligned Atomic Hydrogen".- J.Chem.Phys., 1973, 59, 6171-6172. Etters R.D., Dugan J.V., Palmer R.W. "The Ground State Properties of Spin-Aligned Atomic Hydrogen". - J.Chem. Phys., 1975, 62, 313-319.

5. LanttoL.J., Nieminen R.M. "Properties of Condensed Spin-Aligned Atonic Hydrogen from Variational Calculations". -J. Low Temp. Phys., 1979, 37, 1-12.

6. Каган Ю. M., Шляпников Г. В., Вартаньянц И. А., Глухов Н. А. "Квазидвумерный спин-поляризованный атомарный водород". -Письма в ЖЭТФ, 1982, 35, 386-390.

7. Kosterlitz J.И., Thouless D.J. "Ordering, Metastability and Phase Transitions in Two-Dimensional Systems". - J. Phys. C, 1973, 6, 1181.

8. Kane J.W., Kadanoff L.P. "Long-Range Order in Superfluid Helium". - Phys. Rev., 1967, 155, 80-83.

9. Reatto L., Chester Q.V. "Phonons and the Properties of a Bose System." - Phys. Rev., 1967, 155', 88-100.

10. Lasher G.. "Coherent Phonon States and Long-Range Order in Two-Dimensional Bose-Systems". -Phys. Rev., 1968, 172, 224-229.

11. Березинский В. Л. "Разрушение дальнего порядка в одномерных и двумерных системах с непрерывной группой симметрии". - ЖЭТФ, 1970, 59, 907-920; 1971, 61. 1144-1156.

12. Попов В.Н. Континуальные интегралы в квантовой теории поля и статистической физике, М.: Атомиздат, 1976.

13. Собельман И. И. Введение в теорию атомных спектров, Физматгиз, 1963.

14. Башкин Е. П. "Спиновые волны и квантовые коллективные явления в больцмановских газах". - УФН, 1986, 148, 433-471.

15. Kagan Yu., Shlyapnikov G.V. "Bose-Condensation of Spin--Polajrized Hydrogen in a Highly Inhomogeneous Field". - Phys. Lett. A., 1988, 130, 483-488.

16. Агранович В. M. Теория экситонов. M.: Наука, 1968.