Экзотические атомы и ионы в интенсивных электромагнитных полях

• Автор: Есеев, Марат Каналбекович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 240 с. : 8 ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ЧАСТЬ I Генерация и распад экзотических атомов в интенсивных
электромагнитных полях
ГЛАВА 1 Динамика заряженных частиц в ловушке Пеннннга-Малмберга
1.1 Накопление и удержания заряженной плазмы в ловушках и накопителях
1.1.1 История создания ловушек и накопителей
1.1.2 Ловушка Пауля
1.1.3 Ловушка Пеннинга
1.1.4 Ловушка Пешшнга-Малмберга
1.1.5 Модификации и использование ловушек заряженных и нейтральных частиц
1.2 Динамика позитронов в цилиндрической ловушке
1.2.1 Поперечное движение: циклотронное вращение и магнетронный дрейф
1.2.2 Продольные баунс-осцилляции
1.3 Неупругие взаимодействия позитронов с молекулами буферного газа
1.4 Влияние вращающегося электрического поля
1.5 ЗБ-модель движения зарядов в ловушке
1.6 Обсуждение результатов
ГЛАВА 2 Исследование накопления позитронных и электронных сгустков в «ловушке Сурко» установки LEPTA
2.1 «Ловушка Сурко» с вращающимся электрическим полем установки LEPTA
2.2 Механизм действия вращающегося поля
2.2.1 Моделирование накопления и удержания частиц в ловушке
2.2.2 Критерии захвата, накопления и удержания частиц
2.3 Проверка механизма действия вращающегося поля в эксперименте
2.3.1 Времени жизни сгустка накопленных частиц
2.3.2 Поперечные размеры сгустка накопленных частиц
2.3.3 Оптимальные параметры накопления
2.4 Обсуждение результатов
ГЛАВА 3 Распад экзотических атомов в столкновениях
3.1 Эксперименты по исследованию экзотических атомов и антивещества
3.2. Приближение внезапных возмущений в столкновениях
3.3 Распад мезоатома при «стряхивания» мюона в столкновениях
3.3.1 Роль прилипания мюона в цикле мюкатализа термоядерного синтеза
3.3.2 «Стряхивание» мюона быстрого мезоатома в процессе типа «карамболь»
3.3.3 Расчет сечения ионизации мезоатома при столкновении с двухатомной молекулой в приближении внезапных возмущений
3.4 Тушение метастабильности в антипротонном гелии примесями
3.5 Обсуждение результатов

ЧАСТЬ II Взаимодействие обычных и экзотических атомномолекулярных систем с полями ультракоротких электромагнитных
импульсов
ГЛАВА 4 Ионизация и возбуждение атомов и ионов ультракороткими импульсами электромагнитного поля
4.1 Генерация ультракоротких импульсов электромагнитного поля
4.2 Неупругие процессы в атоме гелия с учетом межчастичных корреляций
4.3 Приближение потенциалов нулевого радиуса
4.4 Ионизация отрицательных атомарных ионов
4.5 Развал атома позитрония
4.6 Взаимодействие мезоатома с последовательностью ультракоротких импульсов139
4.7 Обсуждение результатов
ГЛАВА 5 Перензлучение ультракоротких импульсов при взаимодействиях с атомами и нонами
5.1 Рассеяние импульсов электромагнитного поля атомами и молекулами
5.2 Перензлучение аттосекундных импульсов электромагнитного поля атомом водорода
5.3 Парциальные спектры переизлучеиия для атома водорода и водородоподобных ионов
5.4 Корреляционные эффекты при переизлучении атомом гелия
5.5 Спектры переизлучеиия атомарных отрицательных ионов
5.6 Эффекты интерференции при переизлучении аттосекундных импульсов атомом позитрония
5.7 Обсуждение результатов
ГЛАВА 6 Ориентационные эффекты при взаимодействии молекулярных систем с аттосекундными импульсами
6.1 Молекулярный анион в приближении потенциалов нулевого радиуса
6.2 Ионизация молекулярных ионов
6.3 Перензлучение молекулярным ионом водорода Нг+
6.4 Перензлучение молекулярными анионами галогенов
6.5 Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список публикаций по теме диссертации
Список литературы
Приложения
Приложение А Список принятых сокращений и соотношения между единицами
Приложение Б Поправки к сечению ионизации за счет кратности
Приложение В К расчету матричных элементов
Приложение Г К выводу спектра переизлучеиия
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Исследования в области физики экзотических атомов ведутся во многих мировых научно-исследовательских центрах. Недавние успехи по генерации и долговременному удержанию атомов антиводорода позволяют продвинуться в изучении антивещества, проверке СРТ-инвариантности, объяснению барионной асимметрии Вселенной. Сам термин - экзотические атомные и молекулярные системы (ЭАМС) - возник из-за того, что составляющими данных систем, кроме обычных электронов и нуклонов, могут быть и другие, более экзотические элементарные частицы. Достаточно отметить, что такие ЭАМС во множестве рождаются в верхних слоях атмосферы под действием космического излучения или на внутренних мишенях в ускорителях и накопителях. Отчасти название таких систем объясняется необычностью свойств ЭАМС и процессов с их участием. Иногда к таким системам относят обычные, но в экзотических состояниях - ридберговских, со слабосвязанным внешним электроном в отрицательных ионах и т.д. Особый как теоретический, так и практический интерес вызывает поведение атомно-молекулярных систем и их компонентов в интенсивных электромагнитных полях. Сама генерация и удержание ЭАМС в лабораторных условиях невозможна без использования электромагнитных ловушек и накопителей. В диссертации приведены экспериментальные и теоретические результаты по поиску оптимальных параметров накопления позитронов в ловушке Пеннинг-Малмберговского типа для последующей генерации атомов позитрония или антиводорода. Для генерации ЭАМС необходимо описание упругих и неупругих процессов взаимодействия потоков позитронов, антипротонов, электромагнитного излучения с атомами и молекулами. В работе рассмотрено замедление позитронов и антипротонов в среде и динамика

ДЯ„ = 0.29[эВ ]{п„г-поЛ).
Такое расстояние между уровнями определяется из схемы энергетических уровней для азота. Средняя энергия, предаваемая при возбуждении 8-ми первых колебательных уровней равна

(ДЕ„) = 0.29[эВ]-— «1.3эВ.

Механизм передачи энергии в колебательное движение молекул становиться существенным при энергии больше или порядка средней. При энергии в диапазоне от 1 до 0.29 эВ сечение сгу меняется от 10“18см2 до 1049 см2. Частота таких столкновений при этом меняется от
и, = сг,да>~ 2-10“18см2-3.2-10ю см“3-6-107 см/ с = 4с'1

у2 = (ТуПи «10-19 см2-3.2-1010 см"3-3 -107см/ с = 0.1с'1.
Расчет с этими данными дает коэффициент трения как 0.05с“1 <К01 <1с“’. При энергии позитронов в 2 эВ частота столкновений
у3 = сг%,пи да 5 -1016 см2 3.2-1010 см“3-8.5 -107 см/ с = 1360с“1,
Кш ~ 350с"1,
т.е. в узком диапазоне энергий от 1 до 2 эВ коэффициент трения увеличивается на 2 порядка. От 2 до 5 эВ трение уменьшается на 1 порядок. С 5 эВ до 15 эВ начинаются потери энергии на возбуждение электронных уровней ((Д£е)«6.2эВ;8.4эВ...), диссоциацию
((АЕ£/)«9.8эВ) и ионизацию ((АЕ,)«15.6эВ). Сечение ионизации при
превышении порога сначала растет, а затем начинает уменьшаться. По классической формуле Томсона — максимум сечения при энергии позитронов порядка двух потенциалов ионизации, в эксперименте максимум сдвинут в область больших энергий.