Диссертация (Квантовая электродинамика многофотонных переходов в атоме водорода и многозарядных ионах), страница 2

расчёт двухфотонных переходов в атоме водорода с учётом каскадов2. расчёт вероятностей перепоглощения двух- и трёхфотонного излучения3. регуляризация в рамках КЭД амплитуд каскадных многофотонных процессов излучения4. вычисление двухфотонных ширин в атоме водорода5. расчёт вероятностей трёхфотонных переходов в одно и двухэлектронных МЗИ6. исследование Спин-Статистических Правил Отбора для многофотонных переходовв атомах и МЗИНаучная новизна работыВ диссертации получены следующие новые результаты:1.

Показана неразделимость вклада "чистого" двухфотонного излучения и вклада каскадного излучения в полную вероятность двухфотонного распада. Проведены расчёты вероятностей переходов 4s → 1s + 2γ(E1) и 3s → 1s + 2γ(E1) в атоме водорода.2. В рамках квантовой электродинамики проведена регуляризация амплитуд многофотонных процессов с каскадами. Показано что КЭД и феноменологический квантовомеханический подходы приводят к одинаковому результату, а также, что при регуляризации каскадов должны учитываться как ширина начального так и ширинапромежуточного состояния.73.

Проведены расчёты вероятностей перепоглощения двух и трёхфотонного излученияна примере системы двух атомов водорода. Представлена модель учёта вклада "чистого" излучения в процессы рекомбинации без выделения каскадных членов.4. Проведены расчёты мнимой части двухпетлевой собственной энергии электрона. Показано, что полученная величина является радиационной поправкой к однофотоннойширине и не может трактоваться как вклад "чистого" излучения в полную вероятность в двухфотонных переходах с каскадами.5. Представлено аналитическое доказательство спин-статистических правил отборадля многофотонных переходов в атомах и МЗИ являющиеся расширением теоремыЛандау-Янга.

Проведены полностью релятивистские численные расчёты трёхфотонных переходов в гелиеподобном уране и атоме водорода между компонентамитонкой структуры с учётом сверхтонкого расщепления. Представлен нерелятивистский расчёт трёхфотонных переходов в атоме гелия на которых реализуютсяспин-статистические правила отбора. Предложен эксперимент с применениемоптических лазеров для проверки Спин-Статистических Правил Отбора.Научная и практическая значимость работы1. Приведенывычисления,показывающиенеразделимостьвклада"чисто-го" двухфотонного излучения и вклада каскадного излучения в полную вероятностьдвухфотонного распада.2. Получены аналитические выражения регуляризованных амплитуд для вероятностейдвух и трёхфотонных переходов при наличии каскадов в рамках как квантовоэлектридинамического так и феноменологического подходов.

Продемонстрирована эквивалентность обоих методов. Полученный в диссертации результат показывает, чтоправильная регуляризация амплитуд многофотонных переходов при наличии каскадов важна при расчёте вероятностей перепоглощения излучения.3. Показано, что мнимая часть двухпетелевой собственной энергии не может рассматриваться как вклад "чистого" излучения в полную вероятность в двухфотонных переходах с каскадами и является радиационной поправкой к ширине энергетическогоуровня.84. Представлена модель учёта вклада "чистого" излучения в процессы рекомбинациибез выделения каскадных членов. Рассмотренный в диссертации метод может бытьполезен в задачах рекомбинации водорода в ранней вселенной.5. Выведены Спин-Статистические Правила Отбора для многофотонных переходов ватомах.

Полученные в диссертации результаты представляют интерес для прецизионных спектроскопических экспериментов по проверке статистики Бозе-Эйнштейна.Апробация работыРабота докладывалась на научных семинарах кафедры квантовой механики физическогофакультета Санкт-Петербургского Государственного Университета и ПетербургскогоИнститута Ядерной Физики. Основные результаты были представлены на конференцияхPhysics of Simple Atomic Systems (PSAS), Германия, Эльтвиль, 2011; Прецизионная физикаи фундаментальные константы, 2011, г. Дубна; Прецизионная физика и фундаментальныеконстанты, 2014, г. Дубна; The Stored Particle Atomic Research Collaboration at FAIR,Германия, Вормс, 2014; конференция "Молодые учёные России" фонда Дмитрия Зимина"Династия" , Москва, 2015; WE-Heraeus-Seminar on Astrophysics, Clocks and FundamentalConstants, Германия, Бад-Хоннеф, 2015; устный доклад на конференции InternationalConference on Precision Physics and Fundamental Constants, Венгрия, Будапешт, 2015.ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1.

Т. А. Залялютдинов, Д. А. Соловьев, Л. Н. Лабзовский, Двухфотонный распад 4s−1sв атоме водорода с учетом каскадов, Оптика и Спектроскопия, 110, 362–368 (2011)2. T. Zalialiutdinov, D. Solovyev and L. Labzowsky, QED model of the radiation escapefrom matter, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 45, 165006 (2012)3. T. Zalialiutdinov, Yu. Baukina, D. Solovyev, L. Labzowsky, Theory of the multiphotoncascade transitions with two photon links: comparison of quantum electrodynamical andquantum mechanical approaches, J. Phys. B: At. Mol. Opt.

Phys. 47 115007 (2014)4. T. Zalialiutdinov, D. Solovyev, L. Labzowsky, and G. Plunien, Two-photon transitionswith cascades: Two-photon transition rates and two-photon level widths, Phys. Rev. A89, 052502 (2014)95. T. Zalialiutdinov, D. Solovyev, L. Labzowsky, G. Plunien, Exclusion principle for photons:Spin-statistic selection rules for multiphoton transitions in atomic systems, Phys. Rev. A91, 033417 (2015)6. T. Zalialiutdinov, D.

Solovyev, L. Labzowsky, QED calculations of three-photon transitionprobabilities in H-like ions with arbitrary nuclear charge, принята в J. Phys. B (2015),доступна по адресу http://arxiv.org/abs/1601.041387. T. Zalialiutdinov, D. Solovyev, L.

Labzowsky and G. Plunien, Spin-statistic selection rulesfor multiphoton transitions: Application to helium atoms, Phys. Rev. A 93, 012510 (2016)Объём и структура работыДиссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Полный объем диссертациисоставляет 120 страниц с 21 рисунком и 13 таблицами.

Список литературы содержит 97наименований.Краткое содержание работыВ первой главе диссертации представлено современное состояние физики многофотонных процессов в атомах и многозарядных ионах. Приведён обзор существующихрезультатов по расчётам двухфотонных переходов при наличии каскадов в атомах и МЗИ.Глава содержит обзор основных направлений исследований в физике многофотонныхпроцессов в атомах и МЗИ. Отмечен особой интерес экспериментаторов к двухфотоннымраспадам в атоме водорода в связи с новыми весьма точными измерениями температурной и поляризационной анизотропии космического микроволнового фона. Кроме того,представлен обзор прецизионных экспериментов по проверке фундаментальной перестановочной симметрии бозонов, имеющих непосредственное отношение к многофотоннымипереходам.

Обсуждаются результаты достигнутые в теории многофотонных процессов,в частности мнофотонного излучения при наличии каскадов, проблемы выделения"чистого" излучения и фундаментальной перестановочной симметрии, тесно связаннойсо статистикой Бозе-Эйнштейна. Также кратко описываются методы применяемые вдиссертации для расчёта вероятностей многофотонных процессов.Во второй главе изложена КЭД теория метода контура линии и её приложениек описанию многофотонных переходов, в частности двух и трёхквантовых распадоввозбуждённых состояний в атомах и МЗИ при наличии каскадов. Глава состоит из 510частей.

В §2.1 рассматривается формализм S -матрицы и его приложение к вероятностям двухфотоннного распада в атоме водорода. Отмечены существенные особенностипри описании двухфотонных переходов при наличии каскадов, коорые приводят кпоявлению ширины уровня в энергетическом знаменателе. Параграф §2.2 затрагиваетпроблему разделения "чистого" и каскадного излучений в процессах двухфотонногораспада. Продемонстрирована невозможность такого однозначного разделения на примере 3s → 1s + 2γ(E1) и 4s → 1s + 2γE(1) переходов в атоме водорода. В параграфе §2.3представлен квантовоэлектродинамический (КЭД) подход для регуляризации амплитуддвух и трёхфотонных процессов при наличии каскадов.

Регуляризация каскадных членовпроизводится по процедуре предложенной Лоу [25]. В §2.4 рассматривается квантомеханический (КМ, феноменологический) метод регуляризации амплитуд основанный нарешении нестационарного уравнения Шрёдингера. Показано что оба подхода (КЭД и КМ)приводят к одинаковым регуляризованным выражениям для амплитуд, включающимв энергетическом знаменателе как ширину начального так и ширину промежуточного(каскадного) состояния. В параграфе §2.5 проводится сравнение различных способоврегуляризации, как с одной так и с двумя ширинами в знаменателе на примере задачиперепоглощения многофотонного излучения.Третья глава посвящена расчётам вероятностей перепоглощения многофотонного излучения одного атома водорода другим. Глава состоит из 5 параграфов.

В §3.1 выводятсяосновные формулы для вероятности перепоглощения однофотонного излучения одногоатома другим атомом. Выводится выражение для вероятности излучения фотона послеn-кратногоперерассеяния. В параграфе §3.2 представлено выражение для вероятностипереизлучения атомом после однократного поглощения двух фотонов. Представленырезультаты численных расчётов для поглощения 2s → 1s+2γ(E1) и 3s → 1s+2γ(E1) переходовв атоме водорода. В §3.3 и §3.4 аналогичные расчёты выполнены для поглощения 3-хи 4-х фотонного излучения. Обсуждение роли многофотонного распада возбуждённыхсостояний в отрыв излучения в эпоху космологической рекомбинации даётся в параграфе§3.5.Четвёртая глава посвящена вычислению мнимой части двухпетлевой собственнойэнергии электрона. Рассматривается метод предложенный в работах [39]- [40] согласно которому вклад "чистого" двухфотонного излучения в двухфотонных переходах с11каскадами может быть получен из двухпетлевой собственной энергии.