Анотація до роботи:

Хецеліус О.Ю. Релятивістський розрахунок параметрів надтонкої структури спектрів важких атомів та багатозарядних іонів.- Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спецiальнiстю 01.04.05-оптика,лазерна фізика.-Одеський національний університет ім.І.І.Мечникова Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2006.

Дисертація присвячена розробці нового, релятивістського підходу до роз-рахунку параметрів надтонкої структури спектрів важких атомів, багато-зарядних іонів з коректним урахуванням кореляційних, ядерних, радіаційних ефектів на основі калібровочно-інваріантної квантовоелектродинамічної теорії збурень. Виконані розрахунки характеристик надтонкої структури, енергій розщеплення, сталих, ядерних електричних квадрупольних моментів (плюс похідних від внесків в энергію по ядерному радіусу) для атомів Cs, Ва⁺, Hg, Ra, Mn, Н, Н-подібного іону з зарядом ядра Z=170, важких Li-подібних іонів з Z=20-100. Значна частина високоточних даних отримана вперше і може бути використана в широкому колі застосувань, включаючи, теорію ядра, нелінійну оптику, лазерну і астро-фізику,фізику плазми тощо.

1. Розвинуто новий, високоточний, ab initio підхід до розрахунку характе-ристик НТС спектрів важких атомів і багатозарядних іонів з одночасним, коректним урахуванням релятивістських, кореляційних, ядерних (ефект скін-ченного розміру ядра), радіаційних КЕД поправок. Підхід базується на КЕД ТЗ з використанням вперше в задачах розрахунку сталих НТС спектрів важ-ких атомів оптимізованого, калібровочно-інваріантного, одноквазічастинково-го представлення. В операторі збурення ТЗ враховані запізнення кулоновської взаємодії,магнітна міжелектронна взаємодія (в нижчому порядку по параметру a²). Поправка на скінченний розмір ядра (розподіл заряда в ядрі описано в межах гауссової і фермієвської моделей) непертурбативно врахована в «0»-му наближенні ТЗ в електричному та вакуум-поляризаційному потенціалах.

2. На підставі нового методу з одночасним, коректним урахуванням релятиві-стських, кореляційних, ядерних та радіаційних КЕД ефектів виконано роз-рахунок енергій і сталих НТС для валентних станів 6s_1/2, 7s_1/2, 6p_1/2,3/2, 7р_1/2,3/2, 5d_3/2 атому цезія ¹³³Cs і станів [5p⁶] 6s_1/2,6p_1/2, 6p_3/2,, 6d_3/2 Cs -подібного іону Ва. З метою тестування якості базису орбіталей виконано розрахунок енергій іонізації валентного електрону і діпольного матричного елементу для резонан-сного переходу в Cs. Показано, що коректне урахування кореляційних попра-вок (ефектів 2-го і вище порядків ТЗ) забезпечує спектроскопічну точність обчислення енергій іонізації. Розрахунок діпольного матричного елемента для переходу в Cs в межах розробленого, калібровочно-інваріантного методу показує відмінну згоду значень, отриманих по формулам “дoвжини” і “швид-кості”, що свідчить про коректне урахування важливих обмінно-поляризацій-них ефектів і оптимізованість базису; разом з докладним урахуванням ядерних і КЕД поправок це дозволяє досягти досить доброї згоди теорії НТС з експе-риментом, значно кращої, ніж в альтернативних методах РХФ (ДФ).

3.Виконано докладний розрахунок ядерних електричних квадрупольних мо-ментів Q, сталих НТС станів 6s6p ³P₁ атому ²⁰¹Hg і 7s7p ¹P₁,³P₁,³P₂ атому ²²³Ra. Ключовий кількісний фактор досить доброї згоди розробленої калібровочно-інваріантної теорії з експериментом, особливо у порівнянні з альтернативними теоріями РХФ, ДФ, пов’язаний з більш коректним урахуванням міжелектрон-них кореляцій, ядерних, КЕД ефектів; внесок за рахунок міжелектронних кореляцій в значення сталих НТС складає ~120-1200 MГц для різних станів, поправки на скінчений розмір ядра та КЕД поправок ~ до 2 десятків MГц (напр., для сталої А). Для ²⁰¹Hg Q= 380,5 мбарн і краще всього узгоджується з експериментальним значенням групи Ulm etal (при загальному розкиді експериментальних значень 300-600мбарн).Для ²²³Ra наше значення Q=1,22 барн і лежить у межах останніх експериментальних значень групи Wendt (ISOLDE Collaboration). Відміна теорії від експерименту пов’язана з неураху-ванням внесків ядерних протон-остов-поляризаційних ефектів, відсутністю коректних даних про просторовий розподіл магнітного моменту в ядрі, неповним урахуванням КЕД поправок вищих порядків тощо.

13

4. Вперше виконано докладне вивчення НТС спектральних ліній MnI в діапа-зоні довжин хвиль 645-660 нм та 933-911 нм і розраховані сталі НТС для рівнів конфігурацій 3d⁵4lnl’ (n=4-6;l=0-2), 3d⁶4s,3d^{7 55}Mn. Показано,що наши дані по точності перевищують дані альтернативного розрахунку методом РХФ, насам-перед, за рахунок більш коректного урахування внеску кореляцій (ефектів 2-ого і вище порядків ТЗ); цей внесок принципово необхідний і більш важливий, ніж, напр., поправка на скінченний розмір ядра. Для цілого ряда рівнів, напр., конфігурацій 3d⁵4s5s,3d⁵4s6s,3d⁵4s4d,3d⁶4s високоточні дані вперше отримані.

5. Виконано розрахунок параметрів НТС атому ¹Н і Н-подібного іону з Z=170 (плюс похідних від внесків в енергію по R). Енергії НТС розщеплення 1s,2s рівнів ¹Н знаходяться у відмінній згоді з експериментом. Показано, що для іону з Z=170 внесок релятивістських, ядерних і КЕД ефектів є визначальним.

6. Вперше виконано прецизійний розрахунок характеристик НТС (плюс їх похідних і похідних від ядерного і вакуум-поляризаційного потенціалів по R) для Li-подібних багатозарядних іонів з Z=20-100. Для розподілу заряда в ядрі використано фермієвську модель. Оскільки практично для всіх шуканих іонів які-небудь дані по НТС або взагалі відсутні (включаючи експеримент), або наявні лише уривчасті для декотрих іонів, то у світлі коректності урахування релятивістських, ядерних, кореляційних і КЕД ефектів в розробленому підході, можна заключити, що найбільш точні дані по сталим НТС Li-подібних іонів наведені в нашій роботі, при чому значна частина з них отримана вперше.

Публікації автора:

1. Glushkov A.V., Ambrosov S.V., Khetselius O.Yu., Loboda A.V., Gurnitskaya E.P., QED calculation of heavy multicharged ions with account for the correla-tion, radiative and nuclear effects// Recent Advances in Theor. Phys. and Chem. Systems (Springer).-2006.-Vol.15.-P.285-300.

2. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Malinovskaya S.V., Gurnitskaya E.P., Dubrovskaya Yu.V., Consistent quantum theory of the recoil induced excitation and ionization in atoms during capture of neitron// Journ.of Phys.:CS.(UK).-2006.- Vol.35.-P.425-430.

3. Glushkov A.V., Ambrosov S.V., Khetselius O.Yu., Loboda A.V., Chernyakova Y.G., Svinarenko A.A., QED calculation of the superheavy elements ions: energy levels, radiative corrections and hyperfine structure for different nuclear models// Nucl. Phys.A.: Nucl.and Hadr. Phys. –2004.-Vol.734.-Pe 21-24.

4. Khetselius O.Y., Gurnitskaya E.P., Sensing the hyperfine structure and nuclear quadrupole moment for radium// Sensor Electr. and Microsyst. Techn.-2006.-N2.-P.25-29.

5. Khetselius O.Yu., Hyperfine structure of Li-like ions// Photoelectronics.-2006 .-N15.-P.61-65.

6. Glushkov A.V., Gurnitskaya E.P., Khetselius O.Yu., Energy levels, Lamb shift, hyperfine structure of heavy Li-like ions within QED calculation approach// Вісник Київського ун-ту. Сер фіз-.мат.–2004.-№4 .-С.421-426.

11

7. Khetselius O.Yu., Hyperfine structure of radium// Photoelectronics.-2005.- N14.-P.83-85.

8. Glushkov A.V., Gurnitskaya E.P., Khetselius O.Yu., Khokhlov V.N., Vitavetskaya L.A., Spectroscopy of heavy multi-charged ions and exotic atomic systems: Quantum mechanical perturbation theory approach to spectra calculation// Proc. of the 38^th EGAS Europhysics Conference of the European Group for Atomic Spectroscopy.- Ischia-Naples (Italy).- 2006.-P.81.

9. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Sukharev D.E., Vitavetskaya L.A., Spectro-scopy of heavy multi-charged ions and exotic atomic systems: Quantum mecha-nical perturbation theory approach // Proc. 20^th International Conference on Atomic physics.- Innsbruck (Austria).-2006.-P.M4.

10. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Polischuk V.N., Loboda A.V., Collisional shift of the Tl hfs lines in atmosphere of inert gases//Proc. of the 17^th International Conference on Spectral Line Shapes.-Paris (France).-2004.-P.A8..

11. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Vitavetskaya L.A., Relativistic DFT QED perturbation theory calculation of super heavy ions: correlation, QED corrections, hyperfine structure// Proc. 10^th Intern. Congress on the Applications of Density Functional Theory in Chemistry and Physics.- Brussels (Belgium).-2003.-P.103.

12. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Energy levels, radiative corrections and hyperfine structure of the superheavy ions for different nucleus models: QED calculation// Proc. 35^th EGAS Conference of the European Group for Atomic Spectroscopy.-Brussels (Belgium).-2003.-P.115 (P1-12).

13. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Loboda A.V., Shpinareva I.M., Relativistic quantum heavy elements chemistry: DFT & QED perturbation theory calculation of superheavy atoms and molecules// Proc. XIth International Congress of Quantum Chemistry.- Bonn (Germany).-2003.-P.B24.

14. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., QED perturbation theory calculation of super heavy atomic systems and multicharged ions: energy levels, relativistic correc-tions and hyperfine structure // Proc. Satellite Symp. to XIth Intern. Congress of Quantum Chemistry ““.-Berlin (Germany).-2003.-P.17.

15. Khetselius O.Yu.,An account of the correlation and nuclear effects in relativistic perturbation theory calculation of hyperfine structure parameters for atoms//Proc. 8^th European Workshop “Quantum Systems in Chemistry and Physics”.-Spetses (Greece).-2003.-P.103.

16. Khetselius O.Yu., New QED perturbation theory method for calculation of the hyperfine structure parameters of multielectron atoms and ions with account of relativistic, nuclear and radiative corrections// Proc.5^th European Workshop “Quantum Systems in Chemistry and Physics”.-Uppsala (Sweden).-2000.-P.137.

17. Khetselius O.Yu., First ab initio QED perturbation theory calculation of the hyperfine structure parameters for atoms of Mn, Cs, Hg with account of nuclear, correlation,relativistic corrections// Proc. European Sci.Foundation REHE Work-shop on “Spin-Orbit Coupling in Chem.Reactions”.-Torun(Poland).-1998.-P24.

15