Исследование сильных электронных корреляций в столкновениях многозарядных ионов с атомами: 2020 г. этап 1

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

На территории СПбГУ проект будет реализовываться в НИИФе И-432.
Процесс однофотонного радиационного перехода, где оба электрона меняют свои квантовые числа, так называемые TEOP (two-electron one-photon) переходы были предсказаны Гейзенбергом [Heisenberg, Zeitschrift f. Physik 32, 841 (1925)] почти сто лет назад. TEOP переходы изучаются как экспериментально [Wolfli et al., PRL 35,656 (1975); Elton et al., J.Quant. Spectr. Rad Transf. 65, 185 (2000); Rosmej et al., PRA 66, 056402 (2002); Zou et al., PRA 67, 042703 (2003)] так и теоретически [Zhang et al. Chin. Phys. Lett. 23, 2059 (2006); Natarajan, PRA 88, 012501 (2013), Natarajan, PRA 90, 032509 (2014), Goryaev et al., Atom. Data Nucl. Tab. 113, 117 (2017)]. Первое экспериментальное наблюдение TEOP переходов представлено в работе [Wolfli et al., PRL 35,656 (1975)], где рассматривались столкновения тяжелых многоэлектронных ионов с атомами. В работах [Elton et al., J.Quant. Spectr. Rad Transf. 65, 185 (2000); Rosmej et al., PRA 66, 056402 (2002)] были экспериментально исследованы TEOP переходы (2s,2s) --> (1s,2p) и (1s,2s,2s) --> (1s,1s,2p) в He- и Li-подобных ионах Si. В работе [Zou et al., PRA 67, 042703 (2003)] TEOP переход (1s,2s,2s) --> (1s,1s,2p) был экспериментально исследован в процесс диэлектронной рекомбинации с He-подобным Ar.Теоретическое исследование TEOP переходов из автоионизирующих состояний в однократно возбужденные состояния (2s,2s) --> (1s,2p) представлены в работах [Zhang et al. Chin. Phys. Lett. 23, 2059 (2006); Natarajan, PRA 88, 012501 (2013), Natarajan, PRA 90, 032509 (2014), Goryaev et al., At. Data Nuc. Tab. 113, 117 (2017)]. TEOP переходы (2s,2p) --> (1s,1s), где оба электрона меняют свои главные квантовые числа, для ионов с Z<28 приведены в работе [Safronova et al., J. Phys. B 10, L271 (1977)] и для Ni в работе [Natarajan, PRA 88, 012501 (2013)]. В [Natarajan, PRA 88, 012501 (2013), Natarajan, PRA 90, 032509 (2014)] расчеты проводились с использованием программы GRASP [Parpia et al., Comp. Phys. Comm. 94, 249 (1996), Jonsson et al., Comp. Phys. Comm. 177, 597 (2007)], в работах [Safronova et al., J. Phys. B 10, L271 (1977); Goryaev et al., Atom. Data Nucl. Tab. 113, 117 (2017)] расчеты проводились в рамках теории возмущений по межэлектронному взаимодействию [Shevelko et al., "Atomic Physics for Hot Plasmas" IPP (1993), Vainshtein et al., At. Data Nuc. Tab. 41, 49 (1978)].Как упоминалось раннее экспериментальное изучение TEOP переходов осуществлается как часть более сложного процесса. Ранее теоретически изучались только вероятности TEOP переходов без учета способа получения автоионизационных состоятий, что является существенным препятсвтием для сравнения теоретических и экспериментальны данных. Диэлектронная рекомбинация (DR) является эффективным способом создания дважды возбужденных состояний атомов в электрон-ионных столкновениях с определенными энергиями. Поскольку DR позволяет проводить точные теоретические и экспериментальные исследования, DR обеспечивает превосходный инструмент для исследования переходов TEOP в многозарядных ионах. Наши предварительные результаты (устный доклад Andreev et al. HCI-2018, hci2018.pt) показывают, что TEOP переходы в DR достаточно заметны для их экспериментального наблюдения.Экспериментально процессы одновременного захвата нескольких частиц довольно слабо изучены. С теоретической стороны описание этих процессов также наталкивается на некоторые трудности, поскольку обычные характеристики процесса типа сечения рассеяния оказываются в этом случае неприменимыми. В чистом виде, как захват свободных электронов, такой эксперимент не может быт поставлен, поскольку интенсивность существующих электронных пучков недостаточна для одновременного захвата двух и более электронов. Поэтому захват производится из нейтрального атома-мишени, как правило, из внутренних оболочек, где плотность электронов, а следовательно вероятность двойного захвата наиболее велика. Это усугубляет трудности теории, поскольку требует адекватного описания электронов в мишени. К настоящему времени имеются экспериментальные данные по двойному захвату при столкновениях. Первый эксперимент по измерению сечения радиационного двойного захвата электронов (radiative double electron capture -- RDEC) (с испусканием одного фотона) был проведён в GSI (Дармштадт, Германия) [Warczak et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 98, 303 (1995)]. В этом эксперименте была получена верхняя оценка для сечения РДЗЭ для ядер аргона, пролетающих сквозь углеродную фольгу . Также в GSI был поставлен эксперимент по измерению РДЗЭ для ядер урана, пролетающих сквозь мишень из газа аргона [Bednarz et al., Phys. Scr. T92, 429 (2001); Bednarz et al., Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 205, 573 (2003).] (только верхняя граница сечения была получена). Впервые RDEC наблюдался группой Таниса в столкновении ядер кислородас фольгой C [Simon et al., PRL 104, 123001 (2010); Elkafrawy et al., PRA 94, 042705 (2016)]. RDEC очень чувствительный к описанию свойств мишени, удовлетворительноe теоретическое описание такого процесса сейчас отсутсвует [Mikhailov et al., Phys. Lett. A 328, 350 (2004); Voitkiv et al., J.Phys. B 39, 3403 (2006); Chernovskaya, Andreev, et al., PRA 84, 062515(2011); Mistonova, Andreev, PRA 87, 034702 (2013)]. Экспериментаторы в IMP (Ланьчжоу) заинтересованы в теоретическом исследовании возможности таких экспериментов на своём ускорителе многозарядных ионов.Резонансная структура в столкновительных процессах, вызванная образованием автоионизационных состояний, является объектом интенсивного экспериментального и теоретического изучения. Интерес к автоинизационным состояниям обуславливается как возможностью детального изучения межэлектронного взаимодействия, так и их важной ролью в описании лабораторной и астрофизической плазмы. Эксперимент по измерению сечения диэлектронной рекомбинации с H-подобным ураном [Bernhardt, et al., PRA 83, 020701(R) (2011)] подтвердил значительную роль брейтовского взаимодействия в этом процессе, в частности, было показано, что учёт брейтовского взаимодействия может привести к росту сечения почти в два раза. В нашей работе [Lyashchenko et al., PRA 94, 042513 (2016)] было показано, что для диэлектронной рекомбинации с He-подобными ионами вклад брейтовского взаимодействия ещё более важен, чем для диэлектронной рекомбинации с H-подобными ионами. В диэлектронной рекомбинации с He-подобными ионами, изначально находившимися в возбуждённых состояниях (например в (1s,2s) или (1s,2p)), учёт бретовского взаимодействия может приводить как к значительному росту, так и к значительному уменьшению сечения диэлектронной рекомбинации [Lyashchenko et al., PRA 98, 012503 (2018)]. В работе [Lyashchenko et al., PRA 96, 052702 (2017)] исследовалась резонансная структура, возникающая в процессе возбуждения-автоионизации, где He-подобный ион в столкновениях с атомными частицами (с электронами, атомными ядрами и лёгкими атомами) возбуждается в автоионизационное состояние с последующим оже-распадом. Была исследована возможность экспериментального изучения этого процесса, в частности, в GSI (Дармштадт). Существуют экспериментальные исследования процесса резонансного рассеяния электронов на H-подобных лёгких (Z=5-8) ионах [Benis et al., A 69, 052718 (2004)], где также представлены результаты нерелятивистского расчёта на основе метода R-матрицы. Недавно мы произвели релятивистский КЭД расчёт такого процесса для многозарядных ионов от B до Xe, где показано, что резонансная структура, несмотря на сильный нерезонансный канал кулоновского рассеяния, хорошо видна. Для проверки наших результатов мы провели расчёт для процессов, рассмотренных в работе [Benis et al., A 69, 052718 (2004)], и получили хорошее согласие с представленными там экспериментальными и теоретическими данными. Однако, имеется и ряд расхождений, вызванных отсутствием учёта ряда резонансов в расчёте 2004 года. На конференциях HCI 2018 и SPARC 2018 (Лиссабон, сайт: hci2018.pt , https://eventos.fct.unl.pt/sparc2018/) группа Зуроса (T. Zouros) и Бениса (E. Benis) представила результаты эксперимента по столкновению пучков He-подобных ионов углерода с атомами гелия (http://apapes.physics.uoc.gr/abstracts/Benis_HCI2018_abstract_invited_talk.pdf). В эксперименте исследовалась резонансная структура, появляющаяся за счёт образования автоионизационных состояний. Имеются значительные расхождения результатов эксперимента с результатами имеющегося нерелятивистского расчёта. Расхождение, видимо, объясняется тем, что представленный расчёт довольно грубый и многие каналы рассеяния не были учтены. В рамках настоящего проекта мы планируем произвести расчет сечения резонансного упругово и неупругово рассеяния электронов на многозарядных ионах с целью исследования возможности экспериментального изучения данного процесса в Институте Современной Физики (Ланьчжоу).
АкронимRFBR_NSFC_2020 - 1
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания7/02/203/03/21

Ключевые слова

  • квантовая электродинамика
  • многозарядные ионы
  • межэлектронное взаимодействие