Введение к работе
Актуальность работы.
Можно с уверенностью сказать, что сравнительно молодая паука - квантовоэлектродинампческая (КЭД) теория многозарядных попов (МОИ) - стремительно развивается. Это быстрое развитие можно объяснить, наверно, очень многими причинами. Остановимся на двух из них, являющихся наиболее важными.
Во-первых, электромагнитные поля, возникающие около МЗИ представляют интерес, как чисто методический, связанный с описанием различных эффектов без привлечения методов теории возмущений, так и тсоретпко - физический, описывающий перестройку вакуума и рождение новых элементарных частиц около МЗИ с большим зарядом ядра. Описание эффектов без привлечения теории возмущении по параметру aZ, где а - постоянная тонкой структуры, Z - заряд ядра, подчас позволяет сделать ряд существенных предсказаний. Эти эффекты в МЗИ с большим зарядом ядра уже находят применение в астрофпзике и космологии.
Во-вторых, спектры МОИ существенно отличаются от спектров нейтральных атомов. Они сдвигаются в более коротковолновую область, что очень затрудняет их измерение. II дня более - менее точного их наблюдения надо заранее знать хотя бы диапазон длпн волн, в
4 котором надо проводить измерения. А знание этого диапазона можно получить только теоретически.
В настоящее время получены многие экспериментальные данные о МЗИ с одним или несколькими электронами. Исследования проводятся как с помощью использования ускорителей или изучением плазмы в установках типа "Токамак", так и в астрофизических наблюдениях.
Хорошая теоретическая интерпретация экспериментальных данных может быть сделана только в рамках КЭД, т.е. с использованием дпра-ковекпх волновых функций для всех частиц и теории возмущений для описания их взаимодействия посредством квантованного электромагнитного поля. В связи с тем, что взаимодействие рассматриваемых объектов (электронов МЗИ друг с другом, электронов с нуклонами ядра и т.п.) включает в себя мальїіі параметр а само взаимодействие не только может быть рассмотрено в рамках теории возмущений, но и разбито на несколько групп, вклады от которых заметно отличаются друг от друга.
При этом следует заметить, что вклады от различных процессов зависят не только от параметра а, но часто и от параметра aZ, где Z ~ заряд ядра МЗИ. Поэтому часто тс вклады, которые малозаметны в легких ионах, становятся большими для сверхтяжелых МЗИ, т.к. в последнем случае параметр
5 параметр or.
Цепь работы.
получение (замкнутого релятивистского выражения, попволяюще-го расчитать собственную онергшо многооарядпых ионов во внешнем хулоновском поле бео раоложеная по aZ.
численный расчет собственной энергии многопарядлых водородо-ПОДОбНЫХ ИОНОВ ДЛЯ lSi/2 состояния.
численный расчет спертонкой структуры многооарядных ионов х^Ві в рамках динамической модели.
численный расчет переповансных поправок к тамбовскому сдвигу в различных резонансных экспериментах.
Предложения, вьгаоснмые па оапщту.
1. Рапработал новый подход к вычислению собственной йнергнп
электрона в атоме с произвольным значением заряда Z. В отличие от
других имеющихся методов этот подход одинаково хорошо работает
как в области больших, так и малых Z. Этот подход дает возможность
расчитать собственную енергию в высших порядках.
2. Методом В - сплайнов произведен численный расчет вклада собст
венной янергин плектрона в лпмбовский сдвиг основного уровня водо-
родоподобных ионов в интервале значений Z от 1 до 92. Совпадение
точности с лучшими имеющимися расчетами - от двух до четырех значащих цифр.
-
Найдено новое релятивистское "правило сумм", доказанное непосредственно для Z — 1 и проверенное неявно для произвольных значений Z.
-
"Динамическая модель" для валентного протона в ядре висмута применена для расчета сверхтонкой структуры уравней энергии высокозарядных ионов висмута с электроном в состоянии 2р3/2- Учтены магнитный дипольный, магнитный октулольный и электрический квад-рупольный вклады п распределение соответствующих ядерных моментов внутри ядра.
-
Рассмотрены нереоонансные поправки к сдвигу резонанса в некоторых резонансных процессах, используемых экспериментаторами для определения лэмбовского сдвига уровней многозарядных ионов. Численные расчеты показывают, что в некоторых случаях эти поправки находятся на уровне современной экспериментальной точности.
Научная новизна работы.
В диссертации получены следующие новые результаты : 1. Получено новое выражение для расчета собственной энергии многозарядных ионов (МЗИ). На его основе разработан метод расчета собственной энергии, который можно использовать для вычислешш
7 собственной энергии в высших порядках.
-
Найдено новое релятивистское "правило сумм", докапанное непосредственно для Z — 1 и проверенное неявно для произвольных значений Z.
-
Проведены расчеты свертонкой структуры ионов f^Bi в рамках новой динамической модели.
4. Показана важность учета нерсооиансных поправок при прове
дении экспериментов по измерению лэмбовского сдвига в различных
резонансных процессах.
Научная и практическая ценность полученных результатов.
Разработанный новый подход к вычислению собственной эпергип электрона в атоме с произвольным значением заряда Z, в отличие от других имеющихся методов, одинаково хорошо работает как в области больших, так и малых Z. Произведенный численный расчет вклада собственной энергии электрона в лэмбовекпй сдвиг основного уровня водородоподобных ионов в интервале значений Z от 1 до 92 дает совпадение точности с лучшими имеющимися расчетами - от двух до четырех значащих цифр.
Этот подход дает возможность расчитатъ собственную энергию во втором порядке, так называемую диаграмму СЭСЭ.
Найденное новое релятивистское "правило сумм" представляет самостоятельный пнгерес.
Рассмотрена "динамическая модель" для валентного протона в ядре висмута. Она позволила сделать расчет сверхтонкой структуры урав-ней энергип высокозарядных нонов впсмута с электроном в состоянии 2р3/2- Были учтены магнитный дипольный, магнитный октупольный и электрический квадрупольный вклады и распределение соответствующих ядерных моментов внутри ядра.
Также были рассмотрены нерезонансные поправки к сдвигу резонанса в некоторых резонансных процессах. Численные расчеты показали, что в некоторых случаях эти поправки находятся на уровне современной экспериментальной точности.
Апробация работы.
Работа докладывалась на семинарах кафедры квантовой механики НИИФ СПбГУ и на семинарах в ШШФ РАН, а также на семинарах института теоретической физики, Технического университета Дрездена (Германия). Ее результаты докладывались на международной конференции в Гренаде, Испания, 1997.
Публикации.
Основные результаты диссертации опублекованы в работах :
[lj L.Labzowsky, V.Karasiev and I.Goidenko, J.Phys.B, 27, p.L439 (1994);
[2] L.Labzowsky and I.Goidenko, J.Phys.B, 30, p.177 (1997);
[3] L.Labzowsky, I.Goidenko, M.Gorshtein, G.Soff and P. Pyykko, J.Phys.B 30, p.1427 (1997);
[4] L.N.Labzowsky, I.A.Goidenko and D.Liesen, Phys.Scripta [прітята к печати].
Структура и объем работы.
