Проблема космологических фазовых переходов в свете лабораторных исследований динамики неравновесных Бозе-конденсатов Ю. В. Д у м и н Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук 142190 г.Троицк Московской обл. E-mail: [email protected]"Физика фундаментальных взаимодействий" Москва, ИТЭФ 23 - 27 ноября 2009 1
"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 Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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
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)
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.