中性Sr和Rb原子结构的相对论研究

摘要

基于MCDF理论的GRASP大型程序计算原子波函数的理论方法已经很成熟，并且能够广泛地应用于天体物理学、激光核物理、医学、生命科学、原子频钟等交叉学科上，用来解决独立学科在此之前无法解决的难点。如何提高计算精确度使计算结果更加真实有效地反映原子波函数的情况尤为重要，这取决于如何选定一个合适的组态空间扩张方式。通过原子计算方法进一步了解原子核的真实信息，为下一步实验工作做铺垫。本工作主要包含：　　首先：对于中性Sr原子，利用能级高低的形式使得电子组态空间扩张到准完备基组（n≤10），来表述中性Sr原子的基态能级5s21S0和激发态能级5s5p3P0,1,2及5s5p1P1的原子波函数。通过能级间距、同位素位移、超精细结构及跃迁几率等可观测量，分别定量地讨论了S、D、T激发电子数目对不同可观测量的贡献大小。计算得到5s5p能级四个精细能级劈裂5s5p3P0,1,2及5s5p1P1与基态能级5s21S0的能级间距计算误差均小于1%。讨论Sr同位素对84Sr-86Sr的两个不同跃迁能级5s21S0-5s5p3P1及5s21S0-5s5p3P0的同位素位移，得到计算误差分别小于2.3‰和1.56%，在此基础上计算80-90Sr-88Sr的同位素正常质量位移（NMS）、同位素反常质量位移（SMS）、同位素场位移（FS），得到令人满意的同位素位移（IS）计算结果，进一步将计算方法应用到80-90Sr不同同位素之间IS结果。最后分别计算了激发态能级5s5p3P1,2及5s5p1P1的超精细结构及两个不同的能级跃迁5s21S0-5s5p3P1及5s21S0-5s5p1P1的跃迁几率，并定量讨论了单电子激发（S）、双电子激发（D）、三电子激发（T）对计算结果的影响。　　其次：运用与计算中性Sr原子相似的方法对中性Rb原子的D1线（5s1/2-5p1/2）及D2线（5s1/2-5p3/2）能级间距进行了计算，计算结果误差均小于1%。同时详细地计算了同位素对85Rb-87Rb的同位素位移及超精细结构常数，定量地给出了数值分析及变化趋势，反推Rb原子核偶极矩、四极矩。　　最后：对本工作进行了总结与展望，下一步计划将现有的计算方法应用到更多的类Sr离子计算中去，使得计算方法得到有效地推广，为兰州大学激光核物理实验室开展相关实验工作奠定理论基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景和意义

1.3 研究历史及现状

1.4 研究内容和方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

第二章 MCDF理论研究方法

2.1 多组态Dirac-Fock方法

2.2 MCDF理论修正项

2.2.1 Breit相互作用

2.2.2 量子电动力学效应

2.2.3 原子核有限体积效应

2.3 细化理论部分

2.3.1 同位素位移

2.3.2 超精细结构

2.3.3 跃迁几率

2.4 电子关联效应

第三章 中性Sr原子结构MCDF理论计算

3.1 初始数值的选取

3.2 组态空间扩张方式

3.3 组态空间扩张验证

3.3.1 能级间距

3.3.2 同位素位移参数

3.3.3 同位素位移

3.4 计算结果

3.4.1 能级间距

3.4.2 同位素位移

3.4.3 超精细结构

3.4.4 跃迁几率

3.5 主要结论

第四章 中性Rb原子超精细结构计算

4.1 能级间距计算结果

4.2 同位素位移计算结果

4.3 超精细结构计算结果

4.4 主要结论

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢