Ерохин Владимир Анатольевич
Квантовая электродинамика (КЭД), или наука о взаимодействии вещества с квантованным электромагнитным полем, зародилась более семидесяти лет назад. За это время достигнуты значительные успехи в объяснении и предсказании многих физических явлений. Один из классических объектов исследования - атом водорода, простейшая связанная система. Именно для водорода сегодня наиболее точно измерена энергия 2s-1s-перехода с точностью 1,8*10-14 или 46 кГц. При этом квантовые электродинамические расчеты уровней энергии дают 32 кГц для 1s-состояния и 4 кГц для 2s-состояния.
В ближайшем будущем экспериментальную точность планируется довести до значения, приближающегося к естественной ширине спектральной линии 2s-уровня (1,3 кГц). Это позволит в лабораторных условиях проверить утверждение о зависимости фундаментальных констант от времени, которое следует из большинства расширений Стандартной модели. Уже на нынешнем уровне экспериментальной точности расчеты КЭД-эффектов позволяют получить наиболее точные результаты для некоторых фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры, отношения масс электрона и протона, радиуса протона и т. д.
Несмотря на то, что характерный уровень энергий в атомных системах на много порядков меньше, чем на современных ускорителях, достижимая экспериментальная и теоретическая точность делает рассматриваемые системы весьма перспективным объектом для поисков новой физики вне Стандартной модели. Помимо поисков новой физики вне рамок Стандартной модели и уточнения значений фундаментальных констант очень важны исследования, позволяющие проверить предсказания квантовой электродинамики в различных условиях. Необходимость таких работ обусловлена тем, что многие теории, объясняющие другие типы взаимодействий, построены по тому же принципу, что и квантовая электродинамика.
В последнее время объектами пристального внимания теоретиков и экспериментаторов становятся системы, которые еще недавно можно было считать экзотическими: тяжелые ионы с одним или несколькими электронами (многозарядные ионы или, по числу электронов, водородо-, гелий- и литийподобные ионы). Такой интерес к многозарядным ионам объясняется стремительным прогрессом экспериментальной атомной спектроскопии. В последнее время стало возможным настолько точно измерять спектральные характеристики таких систем, что на повестку дня ставится вопрос о проверке КЭД во втором порядке (по постоянной тонкой структуры). Эта задача исключительно важна, поскольку проверка будет производиться в новой области сильного кулоновского поля (как это имеет место для лэмбовского сдвига) и в области наложения сильных электрических и магнитных полей (для сверхтонкого расщепления).
С практической точки зрения кулоновское поле, в котором находится электрон в водородоподобном ионе урана, - это, по-видимому, наиболее сильное электрическое поле, доступное сегодня для прецизионного экспериментального изучения. Представляется естественным, что в поиске границ применимости теории (в данном случае - КЭД) наиболее перспективны именно подобные области с экстремальными характеристиками. Тем самым проблема расчета КЭД-эффектов в спектрах одно-, двух- и трехэлектронных многозарядных ионов приобретает фундаментальный характер.
Наша группа под руководством профессора В. М. Шабаева выполняет исследования по всем направлениям, обозначенным выше. Так, недавно в результате экспериментального и теоретического изучения g-фактора электрона в водородоподобном ионе углерода мы получили новое значение массы электрона, которое примерно в четыре раза улучшает точность общепринятого значения. При этом следует отметить, что такое улучшение точности стало возможным во многом благодаря уточнению значения поправки к g-фактору на однопетлевую собственную энергию и полному релятивистскому расчету поправки на отдачу ядра. Оба расчета выполнила наша группа.
Большое внимание в наших исследованиях мы уделяем расчетам КЭД-эффектов в сильном поле ядра. Этот случай реализуется в тяжелых ионах с одним или несколькими электронами. В таких системах кулоновское взаимодействие с ядром нельзя рассматривать как малое возмущение, поэтому рассмотрение должно производиться во всех порядках по внешнему полю. С помощью последовательных КЭД-расчетов поправок к уровням энергии различных систем нам удалось получить наиболее точные теоретические результаты для энергии 2p1/2-2s-перехода в литийподобных ионах и для энергии основного состояния водородоподобных ионов. Особое внимание мы уделяем сравнению с экспериментальными результатами и проверке КЭД-эффектов во втором порядке по постоянной тонкой структуры.
Наибольшей точности к настоящему моменту удалось достигнуть для литийподобного урана, сравнение экспериментального значения в котором с теоретическим расчетом обеспечило проверку КЭД-эффектов второго порядка на уровне 15%. Проверка КЭД-эффектов на уровне нескольких процентов оказывается возможной также для сверхтонкого расщепления уровней в многозарядных ионах. Мы продемонстрировали, что значительное сокращение ядерных эффектов (которые весьма велики для сверхтонкого расщепления) достигается в специфической разности сверхтонких интервалов для водородо- и литийподобных ионов с одним и тем же ядром.
Особо стоит отметить вычисление поправки на двухпетлевую собственную энергию, которое мы выполнили во всех порядках по Za для основного состояния водородоподобных ионов. В настоящий момент это единственный расчет такого уровня в данной области. Двухпетлевая собственная энергия оказывается первой "нетривиальной" КЭД-поправкой второго порядка по a, вычисленной во всех порядках по Za. Разработанный метод вычислений открывает перспективы для вычисления других подобных поправок, которые весьма существенны для сравнения теории с экспериментом.
Другие работы по теме:
Векторная модель многоэлектронного атома
Микросостояния и атомные термы в приближении Рассела-Саундерса, их систематизация. Порядок учёта кулоновских взаимодействий и постадийная классификация дискретных электронных уровней и состояний атома. Термы нормальные и обращённые. Правила Хунда.
Введение в теорию атома
Введение в теорию атома. Краткие математические сведения о сферических системах. Ротатор. Уравнение Шрёдингера для одноэлектронного атома (атом водорода и водородоподобные ионы).
Билеты по химии
и частичные ответы на некоторые из них Билет №1 Простые вещества . Количество вещества. Число Авогадро. Качественный анализ анионов и катионов. Билет №2
Электронное строение атома Периодический закон
Лекция № 2 и 3 Электронное строение атома. Периодический закон. Квантово-механическая модель атома. Атомные орбитали. Квантовые числа. Правила заполнения электронами атомных орбиталей. Валентность.
Квантовые числа
Квантовые числа - энергетические параметры состояния электрона и тип атомной орбитали. Главное квантовое число - n. Орбитальное квантовое число - l. Магнитное квантовое число - ml. Спиновое квантовое число - ms.
Электродинамические приборы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОВЕЦИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ
Электродинамические усилия в электрических аппаратах
Сущность действия электродинамических сил на аппараты, его принцип и особенности, возникновение и методы расчета. Отличительные черты электродинамических сил между параллельными и взаимно перпендикулярными проводниками, в проводниках переменного сечения.
Электродинамические и электромагнитные измерительные приборы
Электродинамические измерительные приборы и их применение. Электродинамический преобразователь. Взаимодействие магнитных полей токов. Амперметры, ваттметры, фазометры на основе электродинамических преобразователей. Электромагнитные измерительные приборы.
Шкала электромагнитных волн.
Название диапазона Длина волны (м) Частота (Гц) Источник Индикатор Основные свойства Применение Действие на человека 1. Радиоволны 3Ч10 Переменные токи в проводниках и электронных потоках, генератор радиочастот (Солнце, звёзды, галактики, метагалактики)
Шкала электромагнитных излучений
Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
Принцип неопределенности
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ: Принцип неопределённости – фундаментальное положение квантовой теории, утверждающее, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты её центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определённые, точные значения. Количественно принцип неопределённости формулируется следующим образом.
Электрофизические процессы в электрических аппаратах
Электрические и электронные аппараты, их назначение и функции. Разновидности и отличия данных устройств. Электродинамические силы в электрических аппаратах: между параллельными проводниками бесконечной длины, в круговом витке, в месте изменения сечения.
Расчет процесса горения газообразного топлива
Расчет теоретического объёма расхода воздуха, необходимого для горения природного газа и расчет реального объёма сгорания, а также расчет теоретического и реального объёма продуктов сгорания. Сопоставление расчетов, используя коэффициент избытка воздуха.
Квантовые переходы
КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХOДЫ, скачкообразные изменения квантового состояния микрообъектов. Излучат. квантовые переходы характеризуются изменением энергии системы в результате поглощения либо испускания квантов электромагн. излучения. Безызлучат. квантовые переходы связаны с перераспределением энергии между разл. подсистемами квантовой системы (напр., подсистемами ядер и электронов молекулы), а также с переносом энергии от квантовой системы к окружению, к-рое может не рассматриваться как часть квантовой системы.
Контрольно-измерительные приборы
Предпосылки для развития отрасли, выпускающей контрольно-измерительные приборы. Изобретения известных учёных в области измерительных приборов. Вольтметры и осциллографы, их назначение и области применения, классификация, принцип действия, конструкции.
2. 2 Устройство и работа прибора
ДД11 предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров различных технологических процессов с целью выдачи информации в виде унифицированного пневматического выходного сигнала о перепаде давления, расходе жидкостей и газов, а также уровне жидкости
Принцип Паули
Принцип Паули. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.
От мезоскопических состояний к квантовым вычислениям
При определенных условиях в двухуровневых оптических системах (например, туннельно-связанных волокон/волноводов) может формироваться новый для оптики тип квантовых перепутанных (entangled) и суперпозиционных состояний
Измерение мощности и энергии
Лабораторная работа. На практике изучить измерительные приборы, научится определять мощность электрической цепи и потребляемую энергию.
Постоянная Планка
Постоянная Планка определяет границу между макромиром, где действуют законы механики Ньютона, и микромиром, где действуют законы квантовой механики.
Отказ от ядерной энергетики
Отказ от ядерной энергетики — политическое решение, направленное на прекращение использования ядерной энергии для производства электроэнергии, включая закрытие уже действующих атомных станций.
Роль ВМФ в обеспечении национальной безопасности России
ВМФ играет важную роль в обеспечении национальной безопасности России. Он располагает примерно 32 процентами носителей ядерных зарядов. В составе ВМФ находится 26 атомных ракетных подводных крейсеров стратегического назначения.
Тесты производительности Windows XP против Win 2000, NT4, 98 и ME
Учитывая большой интерес читателей к особенностям Windows XP, мы решили сравнить полную производительность Windows XP с предыдущими версиями Windows. Эта статья будет интересна и тем, кто только собирается установить новую операционную систему, так и тем, кто уже является опытным пользователем XP.