Введение к работе
Актуальность темы
При квантовом описании атомных фотопроцессов в поле монохроматического излучения частоты w термин «надпороговый» означает, что в случае перехода между связанными состояниями атома (напр., рэлеевское или рама-новское рассеяние фотонов) энергия падающего фотона превышает энергию связи \Eq\ начального состояния атома (так что открыт канал однофотонной ионизации), а в случае многофотонной ионизации - что ионизация происходит с поглощением большего числа фотонов N + к (к = 1,2,...), чем это необходимо в соответствии с законом сохранения энергии: Eo + Nhu > О, Актуальность исследования надпороговых процессов в атомных системах обусловлена как использованием в современных лазерных экспериментах с атомарными газами источников интенсивного когерентного излучения в ультрафиолетовой области частот (излучения высоких гармоник лазеров оптического диапазона с энергией фотона порядка нескольких десятков эВ и лазеров на свободных электронах), так и развитием методов нелинейной лазерной спектроскопии высоковозбужденных атомных уровней (для которых уже оптические частоты соответствуют надпороговой области). Несмотря на то, что интенсивность I излучения этих источников может достигать атомной, Iat « 1016 Вт/см2, атомные процессы в таких полях протекают в пертурбатив-ном режиме, так что взаимодействие атома с полем можно учитывать в рамках теории возмущений. (Так, в недавней работе [1] приводятся результаты по мкогоэлектронной ионизации ксенона в поле лазера на свободных электронах с интенсивностью порядка 1016 Вт/см2 при энергии фотона Ьш = 93 эВ, которые полностью описываются в рамках теории возмущений [2]). Это связано с тем, что применимость теории возмущений в сильном поле определяется не его интенсивностью, а отношением средней колебательной энергии свободного электрона в волне Up — e2F2/(4mw2) (где F - амплитуда поля) к энергии фотона Ьы [3], которое, например, в условиях работы [1] имеет малость ~ Ю-3. Поэтому расчёт параметров взаимодействия (надпороговых восприимчивостей и сечений ионизации) атомных систем с высокочастотным полем в рамках теории возмущений по полю является обоснованным даже в случае достаточно интенсивных полей.
Особо следует отметить, что создание источников интенсивного высокочастотного излучения, о которых говорилось выше, открывает новые возможности для экспериментального наблюдения упругого и неупругого рассеяния жёсткого излучения, включая рассеяние на многозарядных ионах или внутренних оболочках тяжёлых атомов. Существенная особенность таких процес-
сов заключается в их релятивистском характере, особенно заметно проявляющемся с увеличением заряда ядра Ze. Основная трудность в теоретическом описании как нерелятивистских, так и релятивистских многофотонных процессов состоит в вычислении сумм по промежуточным состояниям атомного континуума при энергиях поглощаемого фотона, превосходящих энергию связи электрона в атоме (Нш > \Ео\), поскольку в этом случае стандартные штурмовские разложение функции Грина (уравнений Шредингера и Дирака соответственно) приводят к расходящимся рядам для амплитуд электромагнитных переходов. Расчёт указанных сумм представляет также основную техническую трудность в задачах квантовой электродинамики многозарядных ионов, где необходимо интегрирование по виртуальной энергии электрона в кулоновском континууме при расчёте диаграмм Фейнмана для радиационных поправок. Таким образом, развитие нерелятивистских и релятивистских методов расчета многофотонных процессов в надпороговой области частот и вычисление на их основе параметров взаимодействия атомов и ионов с электромагнитным полем представляет очевидный интерес.
Цель работы
Основной целью диссертации является развитие методов расчёта амплитуд надпороговых переходов в атомах и многозарядных ионах и расчета на их основе:
динамических поляризуемостей сложных атомов (щелочных металлов и благородных газов) на частотах, превышающих порог ионизации атома;
полных сечений и угловых распределений фотоэлектронов в процессах двухфотонной ионизации атомов (щелочные металлы и гелий) на частотах, превышающих порог ионизации атома;
релятивистских динамических поляризуемостей многозарядных водо-родоподобных ионов.
Научная новизна работы
Предложен новый способ расчета надпороговой двухфотонной иони
зации (в рамках метода модельного потенциала Фьюса), основанный
на применении аппроксимаций Паде к суммированию расходящегося
штурмовского ряда для амплитуды процесса.
Получено новое представление для релятивистской кулоновской функции Грина в виде ряда по полиномам Лагерра со свободным параметром.
Получены новые количественные результаты для надпороговых поляризуемостей и сечений двухфотонной ионизации атомов щелочных металлов и благородных газов.
Плановый характер работы
Работа выполнена согласно тематическим планам НИР Воронежского госуниверситета, а также входила в тематику грантов РФФИ 04-02-16350, 07-02-00574 и гранта VZ-0-10-0 совместной программы CRDF и Министерства образования РФ «Фундаментальные исследования и высшее образование».
Основные положения, выносимые на защиту
Техника расчетов надпороговых поляризуемостей атомов в рамках метода модельного потенциала, основанная на обобщенном штурмовском разложении функции Грина, аналитическом исследовании сходимости рядов для матричных элементов, специальном выборе свободных параметров в функции Грина и устойчивом рекуррентном вычислении членов ряда.
Алгоритм расчета амплитуды надпороговой двухфотонной ионизации, использующий аппроксимации Паде для суммирования расходящегося штур-мовского ряда для амплитуды процесса, а также способы проверки его корректности.
Обобщенное штурмовское разложение кулоновской функции Грина уравнения Дирака.
Количественное исследование надпороговых поляризуемостей атомов и многозарядных ионов, сечений двухфотонной надпороговой ионизации и эффектов эллиптического дихроихзма в угловых распределениях фотоэлектронов.
Практическая значимость работы
Разработанный в диссертации простой и достаточно универсальный метод позволяет получать надежные количественные оценки атомных воспри-имчивостей, полных и дифференциальных сечений двухфотонной ионизации атомов как в широком интервале надпороговых частот, так и при произвольной степени эллиптичности лазерного излучения. Новое представление кул о-
новской функции Грина уравнения Дирака позволяет развить эффективную технику расчётов в релятивистской теории многозарядных ионов.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на 3 российских и 5 международных конференциях: 35th Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics of the American Physical Society (Tucson, USA, 2004); XXIII Съезд по спектроскопии (Звенигород, 2005); 37th Meeting of the Division of Atomic, Molecular and Optical Physics of the APS (Knoxville, USA, 2006); XVIII Конференция «Фундаментальная атомная спектроскопия» (Звенигород, 2007); 40th European Group for Atomic Systems Conference (Graz, Austria, 2008); 21st International Conference On X-Ray And Inner-shell Processes (Paris, France, 2008); 14th International Conference on the Physics of Highly Charged Ions (Tokyo, Japan, 2008); I Всероссийское совещание по квантовой метрологии и фундаментальным физическим константам (Санкт-Петербург, 2008).
Публикации
По материалам диссертации имеется И публикаций в форме статей и тезисов докладов на конференциях. Две статьи опубликованы в журналах из перечня ВАК.
Личный вклад автора
Все основные результаты, выносимые на защиту, получены автором самостоятельно.
Объем и структура диссертации
