Введение к работе
ктуальность В последние годы открыты и интенсивно исследу-:ся экспериментально и теоретически долгоживущие трехчастичные доновские системы. Значительный интерес привлекает класс систем, стоящих из ядра гелия, электрона и тяжелой отрицательно заряжен-й частицы. В частности, экспериментально наблюдались долгожи-щие системы, возникающие в результате остановки в гелии антипро-нов, отрицательных пионов и каонов. Эти метастабильные системы гут быть названы адронными атомами гелия и имеют ряд необычных эйств. К их числу можно отнести большое значение полного угло-го момента, метастабильность, сложный колебательно-вращательный ектр.
Заметим, что еще в 60-х годах эксперименты по захвату отрицатель-;х пионов в жидком гелии явились основанием для первого предска-:шя метастабильной системы Нел--е.
Наибольший интерес вызывает антипротонный гелий, состоящий ядра изотопа гелия, антипротона и электрона. Эта система живет льшое время (до десятков микросекунд), что на семь порядков пре-шает характерное время жизни антипротонов в среде (~ 10~12с), а полный угловой момент имеет значения порядка L ~ 30—40. В осно-ом метастабильность рассматриваемой системы обусловлена именно льшим значением полного углового момента. В частности, по этой ичине пренебрежимо мала вероятность аннигиляции антипротона, радиационных переходах (скорости которых порядка цв*1) момент меняется на единицу и система должна совершить несколько таких реходов, чтобы оказаться в состоянии с коротким временем жизни. )оцесс Оже-распада оказывается подавленным из-за большой муль-польности перехода, т.е. углового момента вылетающего электрона.
Антипротонный гелий может быть использован для прецизионг измерения свойств антипротона что даёт возможность проверки та фундаментальных принципов симметрии, как СРТ-инвариантнос] слабый принцип эквивалентности для античастиц. Возможно та: образование иных антипротонсодержащих систем, в частности, г стейшего антиатома - антиводорода. Например, для образования тиводорода предложено использовать антипротонный гелий в реакц перезарядки на позитронии. Более сложные системы могут образо ваться при взаимодействии антипротонного гелия с атомами и мс кулами среды.
В последнее время антипротонный гелий активно исследуется в -периментах на самом мощном источнике антипротонов в ЦЕРН. ] пользуя уникальную методику индуцированной лазером резонансі аннигиляции, удалось измерить со спектроскопической точностью эг гии десяти переходов в 4Нере и двух переходов в 3Нере. Получі обширная информация о временной эволюции состояний, изотопи ских эффектах, влиянии плотности и фазового состояния среды, р< различных примесей.
Принципиальную проблему представляет изучение изотопичесл зависимости свойств адронных атомов. Экспериментально обнаружь атомы антипротонного гелия, содержащие оба стабильных изотопа лия 3Не и 4Не. Оже-переход является основным каналом распада ; значительной степени определяет время жизни.
По этой причине особый интерес вызывает сильный изотопичес* эффект в процессе Оже-распада антипротонного гелия. Дейсті тельно, приведенная масса тяжелых частиц (ядра гелия и ангип] тона) отличается на 7% для двух изотопов гелия (3Не и 4Не), а скорое Оже-распада соответствующих состояний 3Нерс и 4Нере отличаю: в два-три раза. Этот изотопический эффект был впервые замечет
пучил теоретическое объяснение в представленной работе.
Значительный интерес к исследованиям зарядово-несимметричных зомолекул вызван следующими причинами. Прежде всего, обра-іание мезомолекул НеН/і играет важную роль при изучении кине-чи мюонов в среде. В частности, передача мюона от мюонного >ма водорода к гелию происходит главным образом посредством об-зования этих мезомолекул.Этот механизм передачи мюона объясняет шериментальные данные. Существенное значение имеет тот факт, з излучение, возникающее при распаде мезомолекул НеН/і, удается Злюдать экспериментально. Таким образом, рассматриваемые си-;мы являются единственным типом мезомолекул, непосредственно Злюдаемых в эксперименте. Недавние измерения спектров излу-:шя с высоким разрешением могут быть использованы для опреде-шя квантового состояния мезомолекул. Фундаментальный интерес едставляет возможность наблюдения ядерных реакций в зарядово-:имметричных мезомолекулах. Такие эксперименты позволяют опре-гить скорость ядерных реакций при сверхнизких энергиях, трудно-:тупных в экспериментах обычного типа. Следует отметить значи-сть такой информации для астрофизических проблем. В настоящее :ия системы НеН/х активно исследуются экспериментально. Инте-:ными для изучения особенностями мезомолекул НеН/г являются на-їиє двух конкурирующих каналов распада (радиационного и безы-'чательного), а также сильная изотопическая зависимость скорости ;ызлучательного распада.
Цель работы состоит в теоретическом исследовании двух типов ігоживущих трехчастичных кулоновских систем: антипротонного [ия Нере и зарядово-несимметричных мезомолекул НеН/і.
Научная новизна и практическая ценность.
Разработан вариационный метод расчета метастабильной сист с большим полным угловым моментом L ~ 30 — 40. Определі уровни энергии, скорости радиационных переходов, релятиві ское расщепление уровней, скорости Оже-распада антипрот ного гелия различного изотопного состава. Предсказана возм ность наблюдения расщепления уровней Нере в переходах ме> состояниями с квантовыми числами (L, N) —> (L — 1, N + 2).
Впервые рассчитаны свойства 6Нере Изучены изотопические висимости в антипротонном гелии, обнаружен сильный изото ческий эффект в Оже-распаде. Дано качественное объяснс] этого эффекта.
Разработан метод решения ряда задач в кулоновской задаче tj тел с помощью "поверхностных" гиперсферических функций
Рассчитаны уровни энергии, скорости радиационного и безыз чательного распадов, спектры излучения систем 3,4Не1,2Н/х. спектрам излучения определено квантовое состояние L = 1 э периментально наблюдаемых мезомолекул 3,4Hed/z.
На защиту выдвигаются следующие результаты.
Разработан вариационный метод расчета ряда характеристик ] тастабильной системы. Рассчитаны уровни энергии, вероят: сти радиационных переходов, расщепление уровней, вызваш релятивистским взаимодействием, скорости Оже-распада сии 3'4<6Нере.
Предсказана возможность наблюдения расщепления уровней ; типротонного гелия в переходах между состояниями с кван
выми числами (L.X)-*{L-l,N + 2).
Изучены изотопические зависимости свойств антипротонного гелия. Обнаружен и качественно объяснён сильный изотопический эффект в Оже распаде.
Разработан вариационный метод построения "поверхностных" гиперсферических функций и определения коэффициентов гиперрадиальных уравнений для кулоновской задачи трех тел.
В рамках единого подхода рассчитаны уровни энергии, скорости радиационного и безызлучательного распадов, спектры излучения систем ,!'1Не ' Н/г Идентифицировано квантовое состояние L = 1 экспериментально наблюдаемых мезомолекул !,Hed//.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Third Biennial Conference on Lov,- Energy Antiproton Physics. Bled. Slovenia. September 12 17, 1994
Third International Symposium on Muon and Pion Interactions with Matter, Dubna, Russia, October 18 21. 1994
International Workshop on Hadronic States in Helium. Balatonfurcd. Hungary, January 2G-28, 1995
15th European Conference on Few Body Problems in Physics. Peuiscola. Spain. June 5--9, 1995
[nternational Symposium on Exotic: Atoms and Nuclei. Hakone. Japan. Tune 7 10, 1995
[nternational Symposium on Muou Catalyzed Fusion. Dubna. Russia. June 19 24, 1995
Third Conference on Nucleoli Antinucleon Physics. Moscow. September 11 1G. 1995
International Workshop on Antimatter Gravity and Antihydrogen Spec
troscopy, Sepino, Italy, May 19-25, 1996
The ITAMP Workshop on Exotic Atoms, Harvard, USA, July 11 К
International Conference on Computational Modelling and Computiu
in Physics, Dubna, Russia, September 16-20, 1996
и на семинарах Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, Дубна.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы работах [1]-[8] .
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из вве дения, двух глав и заключения. Общий объем диссертации 70 странш машинописного текста, включая 8 рисунков, 6 таблиц и список лите ратуры из 73 наименований.
