Теория логарифмических поправок в водородоподобных атомных системах

• Автор: Каршенбойм, Савелий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 300 с.

Оглавление
Введение
Глава 1. Логарифмы и выбор калибровки
§1.1. Различные калибровки
§1.2. Вычисление логарифмических вкладов
§1.3. Выбор калибровки
Глава 2. Поправки к ширинам уровней
§2.1. Предварительное рассмотрение. 2р-состояние §2.2. Аналитическое и численное расчеты для произвольных уровней
§2.3. Эффекты отдачи в радиационных ширинах §2.4. Обсуждение результатов для радиационных ширин Глава 3. Лэмбовский сдвиг в атоме водород
§3.1. Предварительное обсуждение экспериментальных данных и стратегии их обработки
§3.2. Вычисление ведущих двухпетлевых логарифмических поправок
§3.3. Однопетлевые поправки во внешнем поле §3.4. Статус вычислений разности А(п)
§3.5. Ст атус экспериментальных данных по тамбовскому сдвигу в атоме водорода
§3.6. Зарядовый радиус протона и сравнение теоретических расчетов лэмбовского сдвига с экспериментом Глава 4. Сверхтонкое расщепление §4.1. Мюоний: ведущие вклады четвертого порядка малости §4.2. Водород: зависящие от структуры протона поправки к сверхтонкому расщеплению
Глава 5. Спектр позитрония и димюония
§5.1. Вычисление поправок к сверхтонкому расщеплению в позитронии
§5.2. Спектр позитрония: сравнение теории и эксперимента §5.3. Димюоний: предварительные замечания

§5.4. Сверхтонкое расщепление в димюонии §5.5. Распад димюония
Глава 6. Эффекты поляризации вакуума в мезоатомах
§6.1. Ширины уровней: оценки радиационных поправок
§6.2. Вычисление радиационных к ширинам
§6.3. Сдвиги уровней энергии: нерелятивисткое рассмотрение
§6.4. Сдвиги уровней без разложения по Za
§6.5. Состояния с I — п — 1 и ,7 = / + 1/2
§6.6. Сверхтонкое расщепление
Заключение
Приложения
Приложение 1. Поведение радиационных вставок в электронную линию в ковариантных калибровках специального вида (//-калибровка) Приложение 2. Радиационные поправки к эффекту Штарка Приложение 3. Двухфотонный распад метастабильного 2<ч уровня в водороде

Введение
Настоящая диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию свойств простых атомных систем, таких как водород, мюоний, позитроний, дейтерий и другие легкие водородоподобные системы. Изучение простых атомов сыграло в свое время важную роль в возникновении и развитии квантовой механики и квантовой электродинамики, и оно по-прежнему представляет собой существенный теоретический и экспериментальный интерес. Ряд свойств указанных систем могут быть исследованы с высочайшей точностью. Так, в частности, сверхтонкое расщепление основного состояния атомов водорода и дейтерия и частота двухфотонного без допплеровского перехода 1з — 2 в в атомах водорода или дейтерия входят в число величин, измеренных наиболее точно. Успехи эксперимента делают актуальным и необходимым соответствующее развитие теории. В некоторых случаях теория и эксперимент соревнуются на равных (1з — 2 я переход в водороде). В других случаях успехи оказываются несопоставимы и тогда ищутся новые системы для исследования. Так сверхтонкое расщепление в водороде и дейтерии может быть измерено на несколько порядков лучше, чем рассчитано (ввиду структуры протона). Сверхтонкое расщепление в мюонии измеряется не со столь высокой точностью, зато теоретические расчеты могут быть проведены более успешно и эксперимент в целом не уступает теории.
С другой стороны простые системы интересны также как инструмент для исследования других явлений. Приложениями являются уточнение значений фундаментальных физических констант (постоянной Ридберга и постоянной тонкой структуры), используемых для создания эталонов единиц, прецизионные проверки квантовой электродинамики, поиски нарушений различных симметрий и проявления экзотических взаимодействий и частиц.
Следует признать, что по нашему мнению сама по себе квантовоэлектродинамическая теория простых атомных систем не обещает

готовлен по материалам [6, 11, 12, 19, 14, 23, 25, 28] и посвящен в основном вычислению радиационных поправок относительного порядка a(Za)2 ln(Za) к дипольным матричным элементам в водородоподобных ионах. Численные результаты приводятся для уровней п = 2 — 4. Мы обсуждаем общее выражение для радиационных поправок к дипольному матричному элементу в логарифмическом (по niZa)) приближении. В качестве возможных приложений рассмотрены времена жизни в водородоподобных системах и энергии штарковких уровней. Найдены также радиационные поправки к дипольным парциальным ширинам и, в частности, к ширине уровня 2рц2 в атоме водорода и ионе гелия. Обсуждение эффекта Штарка в не слишком сильных полях вынесено в Приложение 2, где особое внимание уделено связи между базисными волновыми функциями атома водорода в сферических и параболических координатах. Другое приложение посвящено двухфотонному распаду метастабильного 2д-уровня. В конце данного раздела мы выходим за рамки радиационных поправок и обсуждаем поправки к отдаче, следуя работе [25].
Радиационные поправки к ширинам уровней обсуждался ранее рядом авторов (см., например [70]). Тем не менее, имеется ограниченный набор работ, где были рассмотрены радиационные поправки к вероятностям переходов в водородоподобных системах, и, следует отметить, что работы [6, 11, 12, 19, 14] на основе которых написан данный раздел, не являются первыми. Однако, ранее радиационные поправки обсуждались в основном в двух специальных случаях: в работах [71, 72, 94, 73] - для М1 перехода, а в [74, 75] - для 2р 2з перехода в мезоатомах. Не вдаваясь в детали отметим, что в указанных случаях поправки к энергии перехода оказываются единственно важными. Е1 переход 2р 4 Ь исследовался в [76, 77, 78], однако там был получен ошибочный результат, который включил в себя лишь часть вкладов. Явная ошибка в цитированных работах предъявлена нами в [28].