Введение к работе
Актуальность работы
На протяжении нескольких десятилетий тяжелые многозарядные ионы остаются уникальным инструментом фундаментальных и прикладных исследований в различных областях современной физики. В отличие от нейтральных атомов, многозарядные ионы являются относительно простыми системами с точки зрения расчетов эффектов межэлектронного взаимодействия. Так как многозарядные ионы содержат небольшое количество электронов, расчет межэлектронного взаимодействия может быть проведен с очень высокой точностью по теории возмущений по 1/Z, где Z - заряд ядра. Кроме этого, в многозарядных ионах, по сравнению с нейтральными атомами, квантовоэлектродинамические и релятивистские эффекты проявляются гораздо сильнее. Наконец, тяжелые ионы дают уникальную возможность для проверки квантовой электродинамики в области, где подходы, основанные на теории возмущений по параметру aZ, не могут быть применены из-за того, что параметр aZ перестает быть малым.
Благодаря стремительному развитию экспериментальных методов исследования многозарядных ионов постоянно расширяются границы возможностей наблюдения новых эффектов в таких системах, что обуславливает необходимость соответствующих теоретических предсказаний. Совместные экспериментальные и теоретические исследования таких эффектов играют важную роль в проверке фундаментальных теорий, таких, как квантовая электродинамика в области сильных полей и теория электрослабого взаимодействия.
Настоящая диссертация посвящена исследованию эффекта кулонов-ской глории в низкоэнергетических столкновениях антипротонов с многозарядными ионами, изучению угловых и поляризационных корреляций в процессе двухфотонной радиационной рекомбинации и поиску Р-нечетных эффектов в рекомбинации электронов с тяжелыми водоро-доподобными ионами. Цель работы
Основными целями диссертации являются:
Исследование эффекта кулоновской глории при рассеянии антипротонов на тяжелых многозарядных ионах в рамках релятивистской квантовой теории.
Исследование корреляций между направлениями вылета и поляризациями фотонов, излучаемых в процессе двухфотонной рекомбинации свободных электронов с тяжелым голым ядром.
Исследование эффектов несохранения четности в процессах рекомбинации электронов с тяжелыми водородоподобными ионами.
Научная новизна работы
В диссертации получены следующие новые результаты:
Проведено исследование эффекта кулоновской глории при рассеянии назад антипротонов с энергиями от 100 эВ до 3 кэВ на ионах урана (Z = 92) в рамках релятивистской квантовой теории. Исследовано влияние экранировки, создаваемой заполненными электронными оболочками, а также экранировки, возникающей из-за эффекта поляризации вакуума. Учтено влияние возможных неупругих процессов, таких как радиационная рекомбинация и аннигиляция антипротонов, а также учтен вклад аномального магнитного момента антипротона.
В рамках теории матрицы плотности исследован процесс радиационной рекомбинации свободного электрона в возбужденное состояние водородоподобного иона с последующим распадом в основное состояние. Получено общее выражение для дважды дифференциального сечения рассматриваемого процесса в резонансном приближении. Проведены вычисления сечения для случая линейной поляризации рентгеновских фотонов, излучаемых в процессе (е,27) двухфотонной рекомбинации свободных электронов с ядрами урана U92+, в широком диапазоне энергий налетающего электрона.
Исследованы эффекты несохранения четности в процессе радиационной рекомбинации электрона с тяжелым водородоподобным ионом. Получены численные результаты для рекомбинации в 2lSo и 23Ро состояния гелнеподобных ионов тория и гадолиния, в которых данные уровни близки к вырождению.
Проведено исследование эффектов несохранения четности в процессе резонансной рекомбинации поляризованного электрона с тяжелым водородоподобным ионом в дважды возбужденное состояние гелиеподобного иона с последующим распадом в 21Sq или 23Ро состояние. Получены численные результаты для целого ряда дважды возбужденных состояний в случае ионов тория (Z = 90) и гадолиния (Z = 64).
Научная и практическая ценность работы
Проведенные исследования эффекта кулоновской глории при рассеянии антипротонов на тяжелых ядрах позволяют явно продемонстрировать экранировочные свойства потенциала вакуумной поляризации.
Обнаружено, что в процессе двухфотонной радиационной рекомбинации существует сильная корреляция между направлениями вылета и поляризации рекомбинационных и характеристических фотонов.
Найдены условия, при которых возникают наиболее перспективные ситуации для экспериментального наблюдения эффекта несохранения четности в радиационной рекомбинации электронов с тяжелыми многозарядными ионами.
Предложен сценарий возможного эксперимента по наблюдению эффекта несохранения четности в резонансной рекомбинации электрона с водородоподобным ионом с образованием дважды возбужденного состояния гелиеподобного иона и последующим распадом в одно из близких состояний противоположной четности.
Апробация работы и публикации
Работа представлялась на семинарах кафедры квантовой механики физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета. Результаты также были представлены на международных конференциях во Фрайбурге (ICPEAC 2007: International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions), Саламанке (ECAMP 2010: European Conference on Atoms Molecules and Photons), Москве (SPARC 2011: Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration), а также на всероссийском совещании в Санкт-Петербурге (Прецизионная физика и фундаментальные физические константы, 2010) и на семинаре, посвященном разработкам и исследованиям молодых российских специалистов, проводимых в рамках проекта FAIR (Молодежная Школа - Семинар «Вклад молодых ученых России в проект FAIR», Москва, 2011). Основные результаты работы опубликованы в соавторстве в пяти статьях и тезисах одного доклада на международной конференции SPARC 2011, приведенных в конце автореферата.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и содержит 102 страницы, 24 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 111 наименований.
