基于B样条基组的相对论耦合簇理论方法及应用

论文摘要

基于B样条基组,发展了一套适用原子结构性质计算的相对论耦合簇理论方法,并开发了相应的软件包。非对Dirac-Coulomb-Breit哈密顿作为理论方法的起点,Dirac波函数的大小分量用同一组B样条基组进行展开。所开发的程序包可用于计算单价和单空穴多电子原子体系的能级、跃迁矩阵元、态寿命、幻零波长、g因子、超精细结构常数、静态和动力学极化率以及与极化率有关的其他性质。钫（Fr）是目前原子物理领域用于研究宇称不守恒效应和电子固有电偶极矩的重要候选体系,分析相关实验结果需要理论方面提供精确的原子结构参数。因此,应用这套理论方法开展了Fr原子结构性质的计算研究。一方面通过例子检测本文的理论方法,另一方面为将来基于Fr的相关精密实验提供一些有用的结构参数。首先应用这套程序包计算了Fr原子多个态的能级、跃迁矩阵元和态寿命。应用所得的跃迁能和跃迁矩阵元,利用态求和的方法计算了多个态的静态极化率和线性偏振光下7s、8s和7p态的动态极化率。定出了基态7s在340-800nm范围内,7s-8s跃迁态在800-1500 nm范围内以及7s-7p跃迁态在600-1500 nm范围内的所有幻波长,这些幻零波长和幻波长在激光囚禁和冷却Fr原子以及相关的精密测量实验中是非常有用的。与可参考的精确测量值的比较显示该方法能精确计算得到这类长程性质。其次,应用同一套波函数计算了212Fr原子的n（n=7-12）S,n（n=7-12）P和n（n=6-11）D态的磁偶极超精细结构常数,在忽略场移效应对钫原子7P态超精细结构常数的影响下,通过结合实验值进一步定出了207-213,220-228Fr核磁偶极矩μ,这些值与已有的测量值显示了非常好的一致性。Fr原子磁偶极超精细结构常数可参照的实验测量值非常少,仅有较低的几个能级具有精确的测量值。为了评估激发态超精细结构常数的可靠程度。在本文当中,用同一套方法计算铯（Cs）原子的计算了主量子数n?12的S、P和D态的超精细结构常数A。铯（Cs）原子多个态有精确的测量值,这样允许进一步研究了超精细相互作用中电子关联效应的作用。通过观察发现电子关联效应,尤其是非线性关联效应,对磁偶极超精细相互作用是非常重要的。此外,在相对论耦合簇理论框架下,本文也研究了直接效应,对关联效应和实极化效应在这这个五个序列态中的贡献趋势。发现了一些非常有意思的特点。这为研究类似的短程性质提供了一个参考。Fr和Cs的工作证实了本文所发展的理论方法不仅可以精确计算得到跃迁矩阵元等这类长程性质,还能可靠的给出磁偶极超精细结构常数等这类短程性质。基于目前的理论框架,后续会进一步优化和扩展这套方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 精密计算和测量的意义
•   1.2 理论、实验研究方法和研究现状
•     1.2.1 钫原子的研究现状
•     1.2.2 铯原子的研究现状
•     1.2.3 目前研究方法
•   1.3 本文的研究方法和内容
• 第二章 理论方法
•   2.1 B样条函数
•   2.2 基于B样条的Dirac-Fock-Breit计算
•   2.3 多参考簇耦合理论方法
• 第三章 钫元素的结构性质
•   3.1 能量性质
•   3.2 跃迁矩阵元
•   3.3 态寿命
•   3.4 偶极标量和张量极化率
•   3.5 Tun-Out和幻波长
•   3.6 超精细结构常数
•     3.6.1 引言
•     3.6.2 理论方法
• 212Fr原子S、P和 D态超精细结构常数A'>    3.6.3²¹²Fr原子S、P和 D态超精细结构常数A
•     3.6.4 电子关联效应
•     3.6.5 Fr同位素的磁偶极矩μ
•   3.7 结论
• 第四章 铯原子磁偶极超精细作用中的电子关联效应
•   4.1 研究内容
•   4.2 能量性质
•   4.3 S态的超精细结构常数A
•   4.4 P态的超精细结构常数A
•   4.5 D态的超精细结构常数A
•   4.6 结果与讨论
•   4.7 磁偶极超精细相互作用中的电子关联效应
•   4.8 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 娄冰琼

导师: 唐永波

关键词: 样条,相对论簇耦合理论,超精细结构常数,极化率

来源: 河南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 河南师范大学

分类号: O641.1;O562

DOI: 10.27118/d.cnki.ghesu.2019.000506

总页数: 75

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