《原子物理前沿介绍》PPT课件

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1、原子精密谱、强场中的原子乔豪学武汉大学物理科学与技术学院2013年6月现在的物理学处于什么样的时代？物理学最关心的问题？（两暗一黑三起源）物理学将来的突破口在哪里？（精密与极端）原子精密谱PartI精密谱的理论背景及研究现状问题：对于少电子原子体系，如氦，锂等，如何把它们的物理能级精确地计算出来？（考虑相对论效应，QED效应等）目前最有效的方法：1）求解非相对论薛定谔方程，得到足够精确的和。2）用量子电动力学或量子场论的方法导出各级相对论修正算符和QED修正算符。3）计算修正算符的期望值以及原子核的有限质量和有限尺寸带来的修正，最终得到物理能级。原子能级可以写为做精密谱物理的意

2、义(考虑到理论计算和实验测量都能很高的精度)：1）验证QED理论（特别是束缚态QED），检验物理定律的自洽性。2）确定某些物理常数，如，2010年，Smicilas和Shiner[1]利用氦原子的23P0到23P2精细结构间的跃迁并结合Pachucki[2]等人的最新理论计算，定出精细结构常数为其中，（64）是实验的不确定度，（4）理论计算的不确定度，（260）是没有计算的其他项带来的不确定度。3)验证原子核模型锂原子的特性：含有三个电子，可以用来检验或验证量子力学关于多体问题的一些结论，比如三个角动量的耦合理论等。氦原子的特性：最简单的多体。[1]M.Smiciklasand

3、D.Shiner,Phys.Rev.Lett.105,123001(2010)[2]K.PachuckiandY.A.Yerokhin,Phys.Rev.Lett.104,070103(2010)“精密”一词的含义计算误差（数学）：高阶项误差（物理）：要求：两种误差是可控的原子光谱实验值原子核参数与核物理模型无关验证各种核物理模型理论与实验结合原子与原子核交叉ee3HeQED理论和基本物理常数理论表达式包含基本物理常数确定物理常数是精密谱物理的一部分QED的精密验证涉及到多学科:原子物理,核物理(hyperfine,Rnuc,nuclearpol.),高能物理,激光光谱,频标,

4、量子场论,计算物理对简单体系的研究,如H,He,将仍然是取之不尽的知识来源精密谱水平:衡量原子物理整体水平的指标氢分子离子H2+,D2+,HD+:Schiller’s小组用Be+交感冷~mK，PhysicalReviewLetters98,173002(2007)验证相对论和量子电动力学，以及分子计算理论高精度定出质量比值，例如me/mp基本物理常数随时间的变化理论进展：相对论与辐射修正6,7Li+精密光谱—2P态精细与超精细结构Naturallinewidth3.7MHz束缚态QED理论检验精细结构常数确定核电荷半径确定2S-2P:可见光、自然线宽窄23S1亚稳态寿命~50s

5、Li+离子精密光谱：York大学离子束实验:离子运动效应谱线线形不对称谱线中心频率精确确定困难Li+离子精密光谱理论与实验在MHz到亚MHz量级范围内符合高阶QED效应需要精度提高2-3个量级(kHz)摘自WijngaardenandNoble,Lect.NotesPhys.745,111(2008);[12]Riis&Drake,PRA49,207(1994);[17]ClarkeandVijngaarden,PRA67,012506(2003);[18]Kowalskietal,Hyp.Int.15/16,15(1983)Hylleraas坐标下关于氦原子的变分计算成

6、果结论：氦原子薛定谔方程的精确求解工作做得非常好！YearAuthorsNEnergyn1928Hylleraas6-2.9032441957Kinoshita39-2.903722561962Schwartz189-2.90372437691986Freundetal.230-2.9037243770340131998Goldman8066-2.903724377034119594182002Drakeetal.2358-2.903724377034119598305202002Korobov5200-2.9037243770341195983111587242006Schw

7、artz24099-2.90372437703411959831115924519440444669692530983844Hylleraas坐标下关于锂原子的变分计算成果YearAuthorsNEnergyn1963Burke13-7.4779531968Larsson60-7.47802551986Kingetal.352-7.47805851991McKenzieandDrake1134-7.47806031281995YanandDrake1589-7.47806032192008Y