Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Ридберговские состояния атомов и молекул являются объектом активных исследований как теоретиков, так и экспериментаторов, продолжающихся уже в течение нескольких десятков лет. С точки зрения теоретической физики эти состояния весьма интересны, поскольку позволяют понять и до конца рассчитать многие важные процессы, возникающие при взаимодействии атомов и молекул с внешними полями, не осложненные многочастичными эффектами, характерными для основных и низко.тежаишх состояний этих систем. Именно по этой причине целый ряд теоретических результатов, полученных в рамках упрощенных, модельных представлений об атомах и молекулах задолго до "рндберговской эпохи", оказались применимыми для рнлберговекпх состояний после того, как эти состояния стали исследоваться в лабораторных условиях.
На начальном этапе интерес к ридберговским состояниям стимулировался, в основном, астрофизическими приложениями. Именно в астрофизических условиях, в силу малой плотности среды, эти состояния возникают и живут, испытывая на себе воздействие радиации и квазистатических внешних полей. В лабораториях подобные состояния научились создавать и регистрировать сравнительно недавно, что и привело к бурному развитию этой области атомной и молекулярной физики. Следует особо отметить, что высокие ридберговские состояния, вплоть до v ~ 200, активно исследуются в последние годы методами ZEKE-спектроскопии.
Найденное недавно [Б. А. Зон / ЖЭТФ 102, 36 (1992); J. К. G. Watson / Mol.Phys. 81, 227 (1994); В. A. Zon / Phys. Lett. А 203, 373 (1995)] точное решение уравнения Шредингера для электрона в поле точечного заряда и точечного диполя открывает новые возможности для описания ридберговских состояний. Эти возможности представляют значительный интерес, поскольку позволяют получить многие результаты в аналитическом виде, что весьма актуально в связи с большими объемами накопленной экспериментальной информации.
Практически для всех экспериментальных приложений не-
обходим учет связи угловых моментов молекулярного остова II ридберговского электрона. В этой связи представляется актуальным получить обобщение известных схем связи Хунда на случай наличия двух взаимодействующих систем: остова и ридберговского электрона, причем экспериментаторам желательно иметь как можно больше возможных теоретических моделей, описывающих схемы связи в тех или иных молекулах. Одним из важных приложений таких результатов является эффект Зссма-на, интенсивно изучаемый в настоящее время для многих ридберговских молекул.
Важная информация о ридберговских состояниях может быть получена из анализа сечений многофотонных процессов (например, поляризуемости, гиперполяризуемости, многофотонного возбуждения и ионизации и т. д,). Как известно,-одним из самых эффективных методов расчета таких сечений в атомах является аппарат функций Грина [Л. П. Рапопорт, Б. А, Зон, Н. Л. Манаков / Теория многофотонных процессов в атомах, М:Атомиздат, 1978]. Поэтому представляется актуальным обобщение этого аппрата на случай полярных молекул. При этом специфика ридберговских состояний позволяет получать простые аналитические выражения для важных спектроскопических характеристик молекул, например, динамической поляризуемости ридберговских термов.
Переходами электронов в ридберговскне состояния сопровождается интенсивно изучаемый в последние годы процесс ядерного девозбуждения путем резонансного взаимодействия с электронной оболочкой во внешнем электромагнитном поле. Этот процесс индуцируемой дискретной внутренней конверсии (IDIC) представляет большой интерес в связи с планируемыми в настоящее время в нескольких научных центрах экспериментами по влиянию внешнего излучения на скорость ядерного распада. Принципиально важным является тот факт, что IDIC-процесс в изомере 99тТс при достаточно высоких интенсивностях внешнего поля способен привести к когерентному ядерному излучению с энергией 140 кэВ, что представляется актуальным в связи с интенсивными разработками в области создания гамма-лазеров.
Основная цель диссертации
Основної! целью настоящей работы является развитие теории рпдбсрговских состояний в полярных молекулах и атомах. Конкретные задачи, решаемые в диссертации, суть следующие:
Уточнение общеизвестной классификации молекулярных термов по Хунду. В диссертации рассматриваются 29 "под-случаев Хунда", характеризующие возможные последовательности связывания внутримолекулярных моментов.
Получение аналитических выражений для эффекта Зеема-на в каждом из рассмотренных подслучаев Хунда.
Развитие теории квантового дефекта для рпдбсрговских состояний полярных молекул. Построение функшш Грина молекулы в приближении квантового дефекта. Получение аналитических выражений для динамической поляризуемости молекулярных рпдбсрговских состояний.
Развитие нере.тятлвнетской теории индуцированной внутренней конверсии в дискретные ридберговские состояния. Расчет сечения этого процесса для нейтрального и ионизованного изомера "'"Тс. Оценка возможностей для зкепериментаїьного исследования эффекта.
Научная новизна и значимость работы
В диссертации вводится классификация схем связи моментов в ридберговских молекулах на основе подхода, обобщающего классические схемы Хунда. На основе этой техники представлены аналитические выражения для зеемановского расщепления, выраженные в терминах молекулярных гирофакторов, которые для большинства молекулярных термов могут быть рас-счиваются аналитически, а в остальных случаях могут быть заимствованы из эксперимента. Поскольку при интерпретации полученных в эксперименте спектров желательно иметь в распоряжении как можно больше возможных теоретических моделей, соответствующих разным схемам связи внутримолекулярных моментов, то соответствующие аналитические выражения, полученные для каждого из 29 подслучаев Хунда, могут иметь
широкое применение в различных областях молекулярной спектроскопии.
Впервые построена одноэлектронная функция Грина для полярных молекул. С ее помощью могут быть вычислены сечения различных многофотонных процессов с участием молекулярных ридберговских состояний. В качестве конкретного приложения впервые приведены аналитические выражения для динамической поляризуемости ридберговских состоянии.
Рассмотрен двухквантовый процесс индуцированной дискретной внутренней конверсии электрона из глубоких оболочек на ридберговскпе уровни. Впервые приводятся численные оценки вероятности этого процесса для ""'Тс (как для нейтрального атома, так и для его многозарядных ионов) в поле рентгеновского пли VUV-лазера. Теоретические результаты подготовлены к сравнению с экспериментами, которые в настоящее время планируются в нескольких научных центрах.
Апробация работы и публикации
Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в журналах "Physics Letters В", "Journal of Physics В", '"Известия РАН".
Основные результаты работы докладывались на следующих международных конференциях:
European Group of Atomic Spectroscopy Conferences (26-th, Barcelona, 1994; 28-th, Graz, 1996);
CLEO/Europe-EQEC, Amsterdam, 1994;
High Field Interactions and Short Wavelength Generation, St.Malo, 1994;
NATO's Advanced Research Worksgroup (SILAP, Volga, 1995);
45-е Международное совещание "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра", С-Петербург, 1995;
XV-я Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике (КиНО'95), С-Петербург, 1995;
11-th International Conference on Vacuum Ultraviolet Radiation Physics, Tokyo, 1995;
7-th International Conference on Multiphoton processes (ICOMP VII), Garmish-Partenkirchen, 1996;
Applications of High Field and Short Wavelength Sources VII,
Santa Fe, New Mexico, 1997.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит нз Введения, трех глав и Заключения. Общий объем диссертации составляет 117 страниц машинописного текста, включал 4 таблицы и 9 рисунков, а также список цитируемой литературы из 113 наименований.
