Ny beregningsmetode giver mere præcise forudsigelser af, hvordan atomer ioniserer, når de påvirkes af højenergielektroner

Forskere har udviklet en ny metode til at beregne atomers ioniseringsenergier, når de påvirkes af højenergielektroner. Fremgangsmåden, som er beskrevet detaljeret i et papir offentliggjort i tidsskriftet Physical Review A, er mere nøjagtig end tidligere metoder og kan bruges til at forbedre forståelsen af ​​en række processer inden for højenergifysik og astrofysik.

Når et atom bliver ramt af en højenergielektron, kan elektronen overføre sin energi til atomets elektroner, hvilket får dem til at blive ioniseret. Ioniseringsenergien er den mindste mængde energi, der skal overføres til en elektron for at befri den fra atomet.

Atomers ioniseringsenergi er blevet målt eksperimentelt for mange grundstoffer, men disse målinger kan være vanskelige og tidskrævende. Teoretiske metoder til beregning af ioniseringsenergier er derfor essentielle for at forstå atomers og molekylers egenskaber i ekstreme miljøer.

Den nye metode, udviklet af forskere ved University of California, Berkeley, er baseret på en kvantemekanisk tilgang kendt som density functional theory (DFT). DFT er en meget brugt metode til beregning af materialers egenskaber, men den har typisk været mindre præcis til beregning af ioniseringsenergier end andre metoder.

Forskerne overvandt denne begrænsning ved at udvikle en ny måde at repræsentere den ioniserede elektrons bølgefunktion. Denne nye repræsentation, som er baseret på en matematisk teknik kendt som B-spline-metoden, giver mulighed for en mere præcis beskrivelse af elektronens bevægelse nær kernen.

Forskerne testede deres nye metode på en række forskellige atomer, herunder helium, neon, argon og krypton. De fandt ud af, at deres metode var mere nøjagtig end tidligere DFT-metoder, og i nogle tilfælde overgik den endda mere sofistikerede metoder, der er beregningsmæssigt dyrere.

Den nye metode forventes at være nyttig til en række forskellige anvendelser inden for højenergifysik og astrofysik, herunder studiet af ioniseringsprocesser i plasmaer, stjerners atmosfærer og atomers interaktion med interstellar stråling.