Отзыв оппонента 2 (Процессы ионизации при взаимодействии быстрых частиц с веществом)

отзыв официального оппонента о диссертации Кузакова Константина Алексеевича «Процессы иокизации при взаимодействии быстрых частиц с веществом», представленной на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.02 теоретическая физика Диссертационная работа Константина Алексеевича Кузакова посвящена теоретическому исследованию процессов столкновительной и радиационной ионизации в атомах и твердых телах при их взаимодействии с быстрыми электронами, фотонами и массивными нейтрино.

Тема диссертации представляет значительный интерес для теории столкновений, атомной физики, ряда задач физики твердого тела, а также для прикладных вопросов электронной импульсной спектроскопии. Важным аспектом работы является ее ориентация на объяснение широкого круга имеющихся экспериментальных данных по указанным процессам. Многие современные экспериментальные работы по изучению процессов ионизации нацелены на измерение дифференциальных сечений, отвечающих регистрации в схеме на совпадение рассеянных и испущенных мишенью электронов.

Экспериментальные исследования в этой области появились в конце бО-х годов прошлого века для случая ~е,2е) ионизации атомных мишеней. В результате, к настоящему времени сформировалось самостоятельное направление исследований под названием «многочастичная спектроскопия». При теоретическом анализе и количественном объяснении экспериментальных данных в области многочастичной спектроскопии на первый план выходит задача разработки эффективных моделей и методов расчета дифференциальных сечений, основанных на квантовой теории многоканального рассеяния. В диссертации К.А. Кузаков а выполнены исследования следующих процессов ионизации: а) так называемых квазиупругих (е,2е) реакций на атомах с возбуждением ионного остова; б) квазиупругих (е,2е) реакций на атомах в присутствии лазерного поля; в) (е,2е) процессов на твердотельных мишенях, включающих неупорядоченные сплавы; г) двойной фотоионизации сверхпроводников: (7,2е); д) ионизации атомов массивными нейтрино: ~~,че).

Таким образом, актуальность проведенных в диссертации исследований указанных процессов не вызывает сомнений. Диссертация К.А. Кузакова состоит из введения, пяти глав, заключения, пяти приложений и списка литературы из 282 наименований. Общий объем работы — 240 страниц, включая 47 рисунков. В первой главе рассматриваются "квазиупругие" реакции ионизации атомов электронным ударом, при которых вылетевшему электрону передается энергия, сравнимая с энергией налетающей частицей. Расчеты автором выполнены с использованием первого и второго порядков теории возмущений и приближения плоских волн.

Следует отметить, что высшие члены плоско- волнового борновского ряда в этом случае описываются расходящимися интегралами. Автором развита эффективная процедура их регуляризации и на этой основе проведены соответствующие численные расчеты для водородной и гелиевой атомных мишеней. Существенно отметить, что в рамках используемого в диссертации второго борновского приближения К,А.Кузаковым получено хорошее согласие результатов расчетов с данными экспериментов на гелии, отвечающих возбуждению конечного иона Не', в том числе в континуум ((е,3-1е) случай).

Вторая глава посвящена теоретическому анализу перспектив использования метода электронной импульсной спектроскопии в присутствии лазерного поля. В настоящее время уже создана экспериментальная установка, в которой соответствующая (е,2е) спектрометрическая схема объединена с лазерной системой. Автор развивает адекватный теоретический подход для описания результатов планируемых экспериментов. Хорошо известно, что в литературе можно найти достаточно большое количество теоретических работ, посвященных (е,2е) реакциям на атомах в присутствии лазерного поля. Однако, до появления работ автора рассматривалась лишь кинематика, отвечающая малой передаче энергии и импульса. Работа автора была сфокусирована на изучении динамики процесса ионизации в условиях, отвечающих так называемому "квазиупругому" выбиванию.

Эго позволит получить дополнительную ценную информацию о структуре электронных состояний мишени. Автором продемонстрированы широкие возможности метода электронной импульсной спектроскопии в присутствии как низкочастотного, так и резонансного поля. Третья глава посвящена (е,2е) спектроскопии мегаллических поверхностей и тонких пленок. Здесь уместно отметить, что если в атомно- молекулярной физике (е,2е) спектрос копия уже давно считается общепризнанным методом, то в физике твердого тела качественного прогресса в этом направлении удалось достичь только за последние два десятилетия. К.А.

Кузаков решает две актуальные задачи в исследованиях (е,2е) процессов в твердых телах: а) учет коллективных мод в диэлектрическом отклике мишени и б) учет композиционного беспорядка в ее пространственной структуре. В результате корректного описания коллективных мод, автору удалось дать самосогласованное описание механизма (е,2е) процесса столкновения в металлической мишени, отвечающего возбуждению и распаду поверхностного и объемного плазмонов. Существенным элементом этой части работы было объяснение результатов (е,2е) измерений на поверхности алюминия, В этой же главе автору удалось разработать теоретический подход для описания эффектов композиционного беспорядка, имеющих место в случае неупорядоченных сплавов замещения.

К.А. Кузаковым было установлено, каким образом композиционный беспорядок влияет на динамику (е,2е) столкновения. Полученные при этом результаты важны для изучения электронной структуры неупорядоченных сплавов замещения с помощью (е,2е) метода. В четвертой главе автором изучается двукратная фотоэмиссия из сверхпроводников. Принципиальная разница между обычной (одноэлектронной) и двукратной фотоэмиссией заключается в том, что (у,2е) процесс невозможен в отсутствии корреляций между электронами, так как фотон может поглотиться лишь одним электроном. Таким образом, (у,2е) метод дает возможность исследовать эффекты электронных корреляций. Примером подобных эффектов в физике твердого тела является образование куперовских пар электронов в сверхпроводниках. В этой части диссертации автор демонстрирует возможность фотоэмиссии ку перовских пар из сверхпро вод ника и проводит анализ эффективности ее исследования методом (у,2е) спектроскопии.

Результаты данной главы представляются важными с точки зрения возможных будущих применений (у,2е) спектроскопии для исследования механизма высокотемпературной сверхпроводимости. В пятой главе рассматривается процесс ионизации атомов массивными нейтрино. Эта часть работы находится в русле фундаментальных исследований, направленных на установление верхних границ на величину дипольного магнитного момента нейтрино в экспериментах по низкоэнергетическому упругому рассеянию нейтрино на электронах. Автор развивает теоретический подход к описанию процессов квазиупругого (ч,че) рассеяния с учетом связи электронов в атомах вещества детектора.

К.А.Кузаков дает теоретическое обоснование применимости приближения свободных электронов для дифференциальных сечений, обусловленных слабым и электромагнитным взаимодействиями, выше порога ионизации. Дополнительно к этому в диссертации выполнено исследование эффектов отклонения от указанного приближения вблизи порога. Полученные в этой главе результаты представляются важными для интерпретации и анализа экспериментальных данных по поиску магнитных моментов нейтрино. По диссертации К.А.

Кузакова следует сделать ряд замечаний: 1. В первой главе отсутствует сравнение результатов расчетов с данными, полученными с использованием более точных теоретических методов. Процессу ион изации водорода и многоэлектронных атомов электронным ударом посвящено множество теоретических работ (в том числе при энергии электрона порядка и более 1 кэВ), выполненных как с использованием борновского приближения, рассматриваемого автором, так и с применением более точных подходов, таких, как метод сильной связи, метод К-матрицы и т.д.

(см., например, К БсЫчепЬогз1 е~ а1, Х. РЬуз. В: А1. Мо1. Ор1. РЬуз. 28, 4651 (1995); 1. Вгау е~ а1, РЬуз. Кер. 520, 135 (2012) и приведенные там ссылки). Необходимо отметить, для кинематических условий, рассматриваемых автором, количество опубликованных теоретических работ действительно невелико. Однако с учетом того, что в существующих экспериментальных исследованиях приведены лишь относительные величины дифференциальных сечений, представляется важным сравнить абсолютные величины сечений, предс казы ваемые разработанным автором подходом, с результатами, полученными в рамках более точных методов.

Значительная часть затруднений, для преодоления которых автор в первой главе разрабатывает метод регуляризации плосковолнового борновского ряда, связана с тем, что в качестве граничных условий расходящихся волн автор применяет плоские волны, которые в условиях реакции ионизации не дают корректного описания волновой функции на существенных расстояниях от мишени в силу наличия дальнодействующего кулоновского взаимодействия. Как справедливо отмечает сам автор, более корректное описание граничных условий можно было бы дать с использованием кулоновских функций непрерывного спектра, вычисление которых с использованием современной вычислительной техники не сопряжено с какими-либо сложностями. Хорошо известно (см. например, Л.А.Вайнштейн, И.И.Собельман, Е.А,Юков, Возбуждение атомов и уширение спектральных линий, М.: Наука, 1979), что соответствующее этому кулон-борновское приближение дает лучшее согласие с экспериментом по сравнению с обычным борновским приближением.