Fysikere udvikler en mere præcis løsning på kvante-tre-kropsproblemet

Forskere ved RUDN University har udviklet en matematisk metode til at løse kvante Coulomb tre-kropsproblemet for bundne tilstande med høj nøjagtighed. De viste også, at tidligere beregninger udført af en gruppe japanske forskere er forkerte. Arbejdet vil bidrage til mere præcise beregninger af banerne for kvantepartikler i rummet, og dens resultater vil være nyttige til at løse fysiske grundlæggende problemer. Avisen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang A .

Fysikere ved RUDN University har beregnet, hvor meget energi der kræves for at fjerne en elektron fra et atom, derved omdanne sidstnævnte til en ion. De bestemte værdien af ​​denne parameter for forskellige niveauer i heliumatomet med bedst kendt præcision - op til 35 decimalcifre. Det viste sig, at de opløsninger, der tidligere blev brugt til hydrogenionen H ^- , med 40 decimaler, afviger fra den tidligere fastsatte værdi for den 35. decimal.

Forskerne udførte beregninger for et system af heliumatomer, der interagerer i henhold til Coulombs lov. I normal tilstand, atomerne er neutrale og interagerer ikke med hinanden. For at dette kan ske, det er nødvendigt at ionisere heliumatomet - det vil sige at tage en elektron væk fra ion. Så vil atomet opnå en positiv ladning. Dette kræver at få noget energi (den såkaldte ioniseringsenergi). Dens værdi bestemmer styrken af ​​en ion -vekselvirkning med andre ladede partikler og dens bevægelsesbane i rummet.

"Vi udviklede en tilgang baseret på den variationsmetode, som gør det muligt for en numerisk at løse kvante-tre-kropsproblemet bundet af Coulomb-interaktionen, med næsten vilkårlig præcision. Denne metode bruges til at beregne ioniseringsenergierne i et heliumatom for forskellige energiniveauer af vilkårlig orbital vinkelmoment. Vores tilgang demonstrerede effektiviteten og fleksibiliteten i studiet af coulombiske systemer. Desuden, at opnå sådanne værdier kræver ikke brug af supercomputere, "siger medforfatter Vladimir Korobov fra Laboratory of Theoretical Physics fra Joint Institute for Nuclear Research.

I klassisk mekanik, tre-kropsproblemet består i at bestemme banerne for bevægelsen af ​​tre objekter i rummet i forhold til hinanden. Dette problem har ingen generel løsning i form af begrænsede funktioner til baner; kun bestemte løsninger findes for visse starthastigheder og koordinater. I kvantemekanik, tre-kropsproblemet har heller ingen analytisk løsning.

Beregningsmetoder med høj præcision hjælper med at løse mange fundamentale fysiske problemer-i undersøgelser af eksotiske heliumatomer bestående af antiprotoner, elektroner og heliumkernen, for eksempel. De er af særlig interesse, fordi de tillader højpræcisionsmålinger af energispektret for dette eksotiske system og sammenligner de teoretiske resultater med dem, der er opnået i eksperimenter. Deres resultater vil give forskere mulighed for bedre at forstå antimateriens karakter og forstærke kendskabet til kvanteverdenen.