Введение к работе
Актуальность работы
Многозарядными нонами принято называть системы с большим зарядом ядра и малым числом электронов. За последние два десятилетия были достигнуты значительные успехи в экспериментальном изучении сверхтонкого расщепления энергетических уровней таких ионов [1-5J, в частности, получены высокоточные результаты для тяжелых водородоподоб-ных ионов. С теоретической точки зрения, многозарядные ионы являются весьма удобной системой для изучения, т. к. малое количество электронов позволяет рассчитать такую систему с высокой точностью [6]. Это обусловлено тем, что для многозарядных ионов появляется дополнительный параметр малости 1/Z, по которому можно строить теорию возмущений в области, где параметр а.2 уже не является малым (здесь Z — заряд ядра, а « 1/137 — постоянная тонкой структуры). При этом кулоновское поле ядра, в котором находятся электроны, является наиболее сильным полем, доступным в настоящее время для высокоточного экспериментального изучения. Однако, следует заметить, что точность теоретического значения сверхтонкого расщепления значительно уступает экспериментальной. Теоретическая точность ограничивается прежде всего погрешностью поправки на распределение магнитного момента по ядру (так называемой поправки Бора-Вайскопфа), рассчитываемой в рамках определенной ядерной модели. Для водородоподобных ионов погрешность теоретического значения сверхтонкого расщепления по порядку величины сравнима с радиационными поправками, что делает невозможным проверку КЭД. Для литиеподобных ионов погрешность поправки Бора-Вайскопфа, а, следовательно, и полная погрешность также велика. Однако, рассмотрение специфической разности величин сверхтонкого расщепления водо-родоподобного и литиеподобного ионов одного и того же элемента позволяет существенно уменьшить эту погрешность [7J и, соответственно, дает реальную возможность проверки КЭД в таких экспериментах. Аналогичное упомянутому выше сокращение ядерных эффектов имеет место и в специфической разности энергий сверхтонкого расщепления водородопо-
добных и бороподобных ионов с достаточно большим Z. Таким образом, исследование сверхтонкой структуры тяжелых многозарядных ионов дает возможность провеїжи квантовой электродинамики (КЭД) в сильном электрическом поле. Кроме того, прецизионные расчеты сверхтонкого расщепления некоторых многозарядных ионов в интервале Z — 7 — 26 представляют особый интерес для астрофизических исследований [8,9]. Цель работы
Вычисление радиационных поправок к сверхтонкой структуре многозарядных литиеподобных и бороподобных ионов с учетом межэлектронного взаимодействия в приближении эффективного экранирующего локального потенциала.
Вычисление поправок на межэлектронное взаимодействие к сверхтонкой структуре многозарядных литиеподобных и бороподобных ионов.
Определение наиболее точных на данный момент теоретических значений сверхтонкой структуры основных состояний многозарядных литиеподобных и бороподобных ионов.
Научная новизна работы
В диссертации получены следующие новые результаты:
КЭД поправки к сверхтонкой структуре литиеподобных и бороподобных ионов вычислены на эффективном локальном потенциале, который позволяет частично учесть эффект экранировки.
Произведен последовательный квантовоэлектродинамический расчет поправок на межэлектронное взаимодействие в первом порядке по 1/Z к сверхтонкой структуре многозарядных бороподобных ионов с учетом эффектов конечного распределения заряда и магнитного момента по ядру.
Поправка Бора-Вайскопфа для литиеподобных и бороподобных ионов вычислена на основе экспериментальных данных для сверхтонкой структуры соответствующих водородоподобных ионов. Это
позволило существенно увеличить точность полных теоретических значений сверхтонкого расщепления основного состояния тяжелых бороподобных ионов.
Научная и практическая ценность работы
Проведенные расчеты однопетлевых КЭД поправок к сверхтонкой структуре в приближении эффективного экранирующего потенциала позволили существенно повысить точность соответствующих вкладов для литиеподобных и бороподобных ионов.
Комбинирование строгого КЭД расчета с методом конфигурационного взаимодействия в базисе орбнталей Дирака-Фока-Штурма позволило вычислить поправки на межэлектронное взаимодействие во всех порядках по 1/Z с высокой точностью.
Получены наиболее точные теоретические значения для энергий сверхтонкого расщепления в многозарядных литиеподобных и бороподобных ионах, представляющих наибольший экспериментальный интерес.
Апробация работы и публикации
Работа неоднократно докладывалась на семинарах кафедры квантовой механики Санкт-Петербургского государственного университета, Ее результаты также были представлены на рабочем совещании по теории многозарядных ионов в Институте физики тяжелых ионов (GSI) в Дармштадтс (Германия, июль 2007 г.) и на семинарах в Институте теоретической (ризики Технического университета Дрездена (Германия). Основные результаты диссертации опубликованы в соавторстве в четырех статьях, приведенных в конце автореферата.
Структура и объем работы
