Отзыв официального оппонента (Квантовоэлектродинамическая теория контура спектральной линии и её приложения к изучению атомных систем)

ОТЗЫВ официального оппонента д.ф.-м.н. Иванова В.К. на диссертационную работу АНДРЕЕВА Олега Юрьевича «Квантовоэлектродинамическая теория контура спектраЛьной линии и ее приложения к изучению атомных систем», представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.02 — теоретическая физика Диссертационная работа Андреева Олега Юрьевича посвящена исследованию свойств многозарядных ионов и различных процессов с их участием. Ионы с небольшим числом электронов представляют собой уникальную систему для проверки квантовоэлектродинамической теории в сильных полях. С одной стороны, электроны в многозарядных ионах (МЗИ) движутся в очень сильном поле ядра, значительно превосходящем поля, доступные в лаборатории, с другой стороны из-за небольшого числа электронов МЗИ допускают высокоточное теоретическое описание в рамках квантовой электродинамики.

В диссертации представлен Метод контура Линии (МКЛ), метод для описания МЗИ в рамках квантовой электродинамической теории, а также продемонстрировано применение МКЛ для расчета различных свойств МЗИ и описания таких процессов, как электронная рекомбинация с МЗИ и потеря электронов МЗИ в столкновении с атомными частицами. В настоящее время МЗИ являются объектами интенсивного изучения, как экспериментаторами, так и теоретиками. Среди наиболее значимых экспериментальных центров по изучению МЗИ можно отметить: ОБ1 (Дармштадт, Германия), МР1К (Гейдельберг, Германия), САЛОП (Каен, Франция).

Постоянное развитие техники эксперимента, в частности ввод в эксплуатацию новых комплексов в Сь31 и ОАМЬ должно значительно улучшить возможности экспериментального изучения процессов столкновения с МЗИ. Также следует упомянуть значительный прогресс в экспериментальном изучении МЗИ в 1МР (Ланьчжоу, Китай). Квантовая электродинамика является наиболее точно проверенной теорией. Сравнение расчетов в рамках квантовой электродинамики с экспериментом представляется чрезвычайно важным с фундаментальной точки зрения. Точность существующих и планируемых экспериментов с МЗИ требует проведение высокоточных расчетов свойств МЗИ и сечений различных процессов с МЗИ.

В частности, прецизионные измерения и расчеты разности энергий энергетических уровней позволяют тестировать теорию с относительной точностью от 4.5х10'5 для сдвига 1з-2з в атоме водорода 1А. Магчееч ег а1., РЬуз. Кеч. 1.ей. 110, 230801 (2013)] до З.бх10 для сдвига 2з-2р1,2 в 1.1-подобном уране 1Р. Ве1егздогГег е1 а1., РЬуз. Я.еч. 1.ей. 95, 233003 (2005)1. Увеличение точности эксперимента позволяет исследовать распределение электрического заряда и магнитного момента в ядре. МЗИ представляют большой интерес для исследования эффектов несохранения четности за счбт слабого взаимодействия электронов с тяжелым ядром и за счет возможного наличия у электрона электрического дипольного момента.

Также МЗИ могут быть использованы для экспериментального изучения возможной вариации фундаментальных констант. Указанные проверки КЭД в сильных полях, Стандаргной модели (слабое взаимодействие при низких энергиях) и поиск новой физики (например, установление ограничений на ЭДМ электрона) в диапазоне низких энергий требуют проведение множества прецизионных расчетов уровней энергии МЗИ и сечений различных процессов. Ряд этих фундаментальных вопросов и рассматривается в диссертации Андреева О.Ю., поэтому выбранная тема диссертации является ы,ральной. Диооартациолиаа работа ооотоит иа Выбоина, пяти глав и Знопоааниа.

Список литературы включает 120 наименований и достаточно полно отражает имеющиеся научные публикации по теме диссертации. Во Введеюти обосновывветсв аатувльность темы исследование, обозначены основные цели работы и приводятся положения, выносимые на защиту. Перва~лаю диссертации цосввшена сбшему олнсанюо основныл идей метода контура линии. В МКЛ уровни энергии, отвечающие ссылочным состояниям (начальное и конечное состояние системы), ассоциируются с положением резонанса в контуре спектральной линии, отвечающей процессу рассеяния фотона на МЗИ. Обсуждается необходимость введения резонансного приближения при необходимости характеризовать уровень энергии только двумя параметрами (энергией и шириной). В рамках резонансного приближения контур линии не зависит от деталей процесса рассеяния. В последующих главах идея изучения свойств МЗИ через изучение резонансной структуры контура линии реализуется для исследования уровней энергии, вероятностей переходов и сечений различных процессов с МЗИ.

Во юнрдй швю рассматривеетсв лрюеенение МКЛ длв вычисление уровней энергии МЗИ. Рассматриваются как случай невырожденных уровней, так и случай квазивырожденных уровней энергии. Соответственно, в МКЛ развита квазивырожденная квантовоэлектродинамическая теория возмущений. В работе приведен вывод выражений для вкладов фейнмановских графиков, описывающих обмен одним-, двумя и тремя электронами, особое внимание уделено вычислению вкладов, так называемых, «ссылочных» состояний, Обмен тремя фотонами учитывался в рамках брейтовского приближения.

В главе также представлены результаты численных расчетов уровней энергии для двух- и трехэлектронных МЗИ и приводится сравнение с результатами других авторов. Третьи слева диссертации лосюшена исследованию вероятностей переходов в МЗИ в рамках квантовой электродинамики. В работе представлен подробный вывод формулы для оператора испускания фотона с учетом поправки на межэлектронное взаимодействие. В работе показано 3 применение МКЛ для расчета вероятностей перехода между не вырожденными и квазивырожденными уровнями.

В главе также представлены результаты численно расчета вероятностей переходов и произведено сравнение с имеющимися данными, полученными другими авторами. МЗИ. Особый интерес представляет процесс диэлектронной рекомбинации, который имеет место, когда энергия налетающего электрона такова, что энергия начального состояния близка к энергии автоионизационных состояний. Изучение резонансов сечения диэлектронной рекомбинации позволяет изучать автоионизационные состояния. Диэлектронная рекомбинация с МЗИ изучается как теоретически, так и экспериментально. Полученные в диссертации результаты находятся в хорошем согласии с экспериментом и другими теоретическими расчетами.

Помимо расчета сечений электронной рекомбинации автором подробно исследуются поляризационные свойства излучения. Большое внимание в исследовании уделено изучению роли брейтовского взаимодействия, которое для отдельных резонансов очень значительно. Автором отмечено необходимость аккуратного учета брейтовских ширин, происходящих из мнимых частей фейнмановских графиков обмена фотоном, которые иногда полностью, иногда частично сокращают вклад мнимой части графиков собственной энергии электрона.

Пятая глава диссертационной работы посвящена изучению процесса ионизации МЗИ. В работе рассматриваются быстрые столкновения двухэлектронных МЗИ с голыми ядрами и легкими нейтральными атомами. Особое внимание уделяется резонансному каналу ионизации, который идет через возбуждение МЗИ в автоионизационное состояние и его последующий Оже распад. Произведен сравнительный анализ фотоионизации МЗИ и ионизации МЗИ в столкновениях с атомными частицами.

Как и ожидалось, спектры ионизации и фотоионизации становятся похожими при больших 4 энергиях налетающей частицы. В работе предложена модель эксперимента, реализация которой возможна на ускорителях МЗИ, в частности в 031 1Германия). Для анализа экспериментальных данных результаты расчета представлены также в лабораторной системе (в системе покоя легкой атомной частицы). В Заключении еще раз приводятся основные результаты и выводы. Останавливаясь на работе в целом, следует отметить, автором, О.Ю. Андреевым, проделана большая работа, получен целый ряд новых, п актически важных ез льтатов, часть которых представляет большой научный и методический интерес. К основным новым ез льтатам и достижениям автора можно отнести следующие результаты. В диссертации разработан оригинальный метод для описания МЗИ в рамках квантовоэлектродинамической теории — метод контура линии.

Сначала автором сформулированы основные идеи метода, затем в последующих главах с его помощью получены новые результаты для уровней энергии двух- и трехэлектронных ионов. На момент публикаций диссертанта эти результаты определяли уровень точности энергий Не- и 1.1-подобных ионов. Также впервые были получены выражения для поправок на трехфотонный обмен и проведен численный расчет в брейтовском приближении. Следует также отметить следующие новые результаты, описанные в последующих главах диссертации.