Квантовоэлектродинамические эффекты в многоэлектронных многозарядных ионах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-12-00258

НазваниеКвантовоэлектродинамические эффекты в многоэлектронных многозарядных ионах

Руководитель Самусев Кирилл Борисович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-602 - Квантовая теория поля, квантовая механика

Ключевые слова многозарядные ионы, квантовая электродинамика, релятивистская теория атома, g-фактор, уровни энергии

Код ГРНТИ29.29.00, 29.05.23, 29.29.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
g-фактор многозарядных ионов предоставляет уникальные возможности для проверки Стандартной Модели, поисков новой физики, определения фундаментальных констант и параметров ядер. На протяжении нескольких последних лет наблюдается невероятный прогресс прецизионных экспериментов по измерению g-фактора. Экспериментальная точность уже приближается к уровню 10^-12. В связи с этим улучшение точности соответствующих теоретических значений является чрезвычайно актуальной и важной научной проблемой. В данном проекте рассматриваются многоэлектронные ионы с одним электроном или одной вакансией сверх замкнутых оболочек - литие-, боро- и фторо-подобные. Для каждого из этих изоэлектронных рядов будут выполнены расчёты именно тех вкладов, которые на данный момент определяют теоретическую погрешность. Для литиеподобных ионов будет выполнен детальный анализ вкладов высших порядков по межэлектронному взаимодействию и диаграмм экранированной собственной энергии. Комбинирование различных методов позволит добиться ещё более точных результатов для g-фактора. Для бороподобных ионов будут вычислены многоэлектронные (кванотовоэлектродинамические) КЭД диаграммы второго порядка - экранированная собственная энергия, экранированная поляризация вакуума и двухфотонный обмен. Для вычисления вкладов межэлектронного взаимодействия третьего и высших порядков будет развита рекурсивная теория возмущений для квазивырожденных состояний. g-фактор фтороподобных ионов до сих пор не изучался в рамках полностью релятивистской теории, в этом случае будут выполнены расчёты ведущих поправок - однофотонный обмен, однопетлевые КЭД поправки, эффект отдачи ядра. Вклады высших порядков будут оценены в брейтовском приближении. Также для фтороподобных ионов будет решена актуальная задача вычисления вклада двухфотонного обмена в энергию тонкой структуры ^2P_1/2 - ^2P_3/2. Новый подход для вывода выражений для КЭД диаграмм будет применён к более сложным системам с одним электроном и одной вакансией сверх замкнутых оболочек одновременно: возбуждённые состояния атомов благородных газов и их изоэлектронных рядов. Кроме задач связанных с g-фактором, очень важной и актуальной проблемой является окончательный расчет всех двухпетлевых КЭД диаграмм к энергии связи. В рамках данного проекта, планируется рассчитать одну из двух оставшихся невычисленными диаграмм, диаграмму собственной энергии электрона с рассеянием света на свете в фотонном пропагаторе. Все задачи заявленные в проекте обладают научной новизной и будут сделаны впервые.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Залиалиутдинов Т., Глазов Д., Соловьев Д. Thermal radiative corrections to hyperfine structure of light hydrogenlike systems PHYSICAL REVIEW A, Phys. Rev. A 106, 062808 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.062808

2. Согель Р.Н., Волотка А.В., Фритше С. QED approach to valence-hole excitation in closed-shell systems Physical Review A, Phys. Rev. A 106, 012802 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.012802

3. Зиненко Д.В., Глазов Д.А., Кошелева В.П., Волотка А.В., Фритцше С. Electron correlation effects on the g factor of lithiumlike ions Physical Review A, 107, 032815 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.107.032815

4. Чубуков Д.В., Александров И.А., Скрипников Л.В., Петров А.Н. Progress toward the P, T -odd Faraday effect: Light absorption by atoms briefly interacting with a laser beam Physical Review A, 108, 053103 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevA.108.053103

5. Глазов Д.А., Зиненко Д.В., Агабабаев В.А., Мошкин А.Д., Тряпицына Е.В., Волчкова А.М., Волотка А.В. g Factor of Few-Electron Highly Charged Ions Atoms, 11(9), 119 (год публикации - 2023)
10.3390/atoms11090119

6. Батурин С.С., Волотка А.В. Conversion of twistedness from light to atoms Physical Review A, 110, L020801 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevA.110.L020801

7. Четверикова А.П., Солодовченко Н.С., Самусев К.Б., Бронников К.А., Лимонов М.Ф. Горячие точки в круглых и прямоугольных отверстиях плоскопараллельных диэлектрических резонаторов Физика твердого тела, том 66, выпуск 11 (год публикации - 2024)

8. Иванов В.К., Терехов И.С. Induced charge generated by a Coulomb impurity in transition metal dichalcogenides Physical Review B, 110, L241404 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.110.L241404

9. Масленников П.К., Волотка А.В., Батурин С.С. Theoretical consideration of a twisted atom Physical Review A, 109, 052805 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevA.109.052805

10. Иванов В.К., Батурин С.С., Глазов Д.В., Волотка А.В. Vacuum-polarization Wichmann-Kroll correction in the finite-basis-set approach Physical Review A, 110, 032815 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevA.110.032815

Публикации

6. Батурин С.С., Волотка А.В. Conversion of twistedness from light to atoms Physical Review A, 110, L020801 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevA.110.L020801

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Передача углового момента от фотона к атому [Baturin, Volotka, Phys. Rev. A 110, L020801 (2024)] Разработана простая модель и предложена схему, которая позволяет производить закрученные атомы в свободном пространстве с использованием поглощения закрученных фотонов связанным электроном. Показано, что при неупругом столкновении фотона и атома закрученное состояние фотона передается в состояние центра масс, так что проекция орбитального момента атома становится равной разности проекций для фотона и электрона. Также показано, что в зависимости от экспериментальных условий закрученность фотона либо передается в квантовое состояние центра масс атома, либо модифицирует правило отбора для перехода связанного электрона. Предложенная схема является достаточно общей и допускает формирование сложного атомного волнового фронта. Теоретическое рассмотрение закрученного атома [Maslennikov, Volotka, Baturin, Phys. Rev. A 109, 052805 (2024)] Исследовано закрученное состояние атома и возможное влияние такого состояния на свойства фотонов, испускаемых в результате перехода электрона в этом атоме. Сначала предложен подход к описанию закрученного атомного состояния, а затем изучены возможные различия в эффектах ядерного отдачи в закрученном атоме по сравнению с атомом в плоской волне. Сделан вывод, что если начальное атомное состояние закручено, то распределение фотонов изменяется. В определенной схеме наблюдения можно обнаружить признак этого закручивания в распределении испущенных фотонов, даже в нулевом порядке по отношению масс электрона и ядра. Эффект поляризации вакуума за рамками приближения Юлинга в рамках метода конечного базисного набора [Ivanov, Baturin, Glazov, Volotka, Phys. Rev. A 110, 032815 (2024)] Метод конечного базисного множества часто используется для расчета атомных спектров, включая вклады квантовой электродинамики, такие как собственная энергия связанных электронов. Тем не менее, он остается проблемным и недостаточно изученным для расчетов поляризации вакуума. В нашей работе данный подход успешно применен к расчету плотности заряда поляризации вакуума и вклада Вичмана-Кролла в энергию связи электрона в водородоподобном ионе. Изучена сходимость метода с различными типами и размерами базисных наборов. Результаты для поправки Вичмана-Кролла проверены путем прямого интегрирования с функцией Грина. Численные результаты получены для s- и p-состояний для нескольких тяжелых водородоподобных ионов. Индуцированный заряд кулоновской примеси в дихалькогенидах переходных металлов [Ivanov, Terekhov, Phys. Rev. B 110, L241404 (2024)] Аналитически вычислена плотность заряда на малых расстояниях, вызванная кулоновской примесью в двумерных дихалькогенидах переходных металлов. Расчеты выполнены точно по константе связи. Найдены первые три ведущие члена асимптотики плотности заряда на малых расстояниях. Показано, что примесь с зарядом Z = 1 остается субкритической при любом значении постоянной связи, в то время как примеси с более высоким зарядом могут стать супер-критическими при определенных значениях постоянной связи. Такое поведение аналогично тому, что наблюдается в графене.

Публикации

6. Батурин С.С., Волотка А.В. Conversion of twistedness from light to atoms Physical Review A, 110, L020801 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevA.110.L020801

Возможность практического использования результатов
Данный проект относится к области фундаментальных исследований и его результаты не предполагают непосредственного использования в хозяйственной деятельности. Однако, фундаментальные научные исследования являются необходимой составляющей развития современного общества и приносят значительную пользу в долгосрочной перспективе.