任意强度磁场中氦原子能级的塞曼分裂

摘要

研究原子的塞曼效应是探索原子结构的重要途径之一，因而关于氦原子以及多电子原子塞曼效应的研究，一直备受关注.本文的主要工作是以氦原子能级的精细结构理论和任意强度磁场中氦原子的塞曼哈密顿为基础，对任意强度磁场中氦原子的所有里德堡态（组态为1snl，其中n和l可取一切可能值）的塞曼分裂效应进行了系统的研究，重点是在考虑线性效应项的基础上进一步考虑了平方效应项，借助不可约张量理论首次导出了氦原子各里德堡态的塞曼分裂能级的解析表达式，并绘制了反映塞曼分裂特征的结构图.
　　更具体地说，本文的主要工作包括如下两个方面:
　　一是以电子在电磁场中运动的相对论量子力学方程（狄拉克方程）为基础，导出氦原子与外加磁场的总相互作用哈密顿;借助不可约张量理论，推导氦原子塞曼哈密顿的球张量表达式，在|LSJMJ＞表象中导出氦原子塞曼哈密顿矩阵元的计算式，进而首次给出了任意强度磁场中氦原子所有里德堡态（组态为1snl，其中n和l可取一切可能值）的精细结构能级的塞曼分裂结构的基本理论表达式.
　　二是依据上述基本理论表达式，具体分析了氦原子(1sns)、(1snp)、(1snd)、(1snf)等组态各里德堡精细结构能级的塞曼分裂;以氦原子(1s2p)组态为实例，编写Mathematica程序，绘制了反映氦原子各里德堡能级的塞曼分裂的特征结构图，分析了线性效应项和平方效应项的联系和区别;更一般地导出了在任意强度磁场中氦原子各里德堡态（组态为1snl，其中n和l可取一切可能值）精细结构能级的塞曼分裂结构的解析表达式.
　　本文的工作，既揭示了氦原子的结构特征，也为进一步研究强磁场中氦原子之间的相互作用色散系数等问题奠定了必要的理论基础.

目录

声明

摘要

1．研究基础和背景

2．本研究工作的主要内容

3．本研究工作的意义

第一章氦原子的塞曼哈密顿

1．1氦原子的精细结构哈密顿

1．2氦原子精细结构哈密顿的本征解

1．3氦原子的塞曼哈密顿

第二章任意强度磁场中氦原子能级的塞曼分裂

2．1氦原子塞曼哈密顿对精细结构能量的修正

2．2线性效应项(磁感强度B的一次项)

2．3平方效应项(磁感强度B的二次项)

2．3．1氦原子塞曼哈密顿的球张量表达式

2．3．2氦原子塞曼哈密顿的矩阵元

2．3．3塞曼哈密顿矩阵元中的径向积分

2．4氦原子塞曼分裂能级的解析表达式

第三章氦原子里德堡态能级的塞曼分裂

3．1氦原子(1sns)组态的塞曼分裂

3．2氦原子(1snp)组态各能级的塞曼分裂

3．2．1氦原子(1s2p)组态各能级的塞曼分裂

3．2．2氦原子(1s2p)组态各能级塞曼分裂示意图

3．2．3氦原子(1s2p)组态各能级的塞曼分裂

3．3氦原子任意里德堡态(1snl组态)各能级的塞曼分裂

总结与展望

参考文献

在校期间发表论文和获奖情况

附录

致谢