原子物理前沿介绍.ppt

强激光场中的重要现象 多光子跃迁与多光子电离 高次谐波的产生 隧道电离与阈上电离 电离抑制 n个?ω ?ω’=n?ω 强激光场研究概况 1950年，Hughes and Grabner: 首次观察到射频范围内的多光子跃迁。 1961年，Kaiser and Garret: 首次观察到晶体中的多光子吸收。 1979年，Agostini: 研究惰性气体的自由-自由跃迁。 目前，高次谐波，隧道电离以及电离抑制等现象都已经从实验上观察到了。 主要的理论方法 微扰法：只适用于不太强的激光场 解析或半解析的方法：可得到定性结论，难得到精确定量结果。比如：1965年提出的短程库仑势模型，Volkov矢展开等。 直接数值求解法：能得到定量上比较精确的结果，但实现起来有一定的困难，并难以处理较复杂的体系。 主要的直接数值求解法 Floquet方法 劈裂算符法 有限差分法 Close-coupling方法 最小二乘法 伪谱拟合法(我们的工作)(PRA,2002,2010) High order harmonic Control of HHG Uniform magnetic field, uniform electric field, Another laser pulse 通道干涉导致谐波坍塌 PRA 2007 Cai And Qiao 不同的通道 原子物理学的应用： 1、原子钟 2、X射线分析谱仪 3、核磁共振 4、各种光谱仪 5、X射线激光 谢谢大家 * 原子精密谱、强场中的原子 乔豪学 武汉大学物理科学与技术学院 2013年6月 现在的物理学处于什么样的时代？ 物理学最关心的问题？（两暗一黑三起源） 物理学将来的突破口在哪里？（精密与极端） 原子精密谱 Part I 精密谱的理论背景及研究现状 问题：对于少电子原子体系，如氦，锂等，如何把它们的物理能级 精确地计算出来？（考虑相对论效应，QED效应等） 目前最有效的方法： 1）求解非相对论薛定谔方程，得到足够精确的 和 。 2）用量子电动力学或量子场论的方法导出各级相对论修正算符和QED修正 算符。 3）计算修正算符的期望值以及原子核的有限质量和有限尺寸带来的修正， 最终得到物理能级。 原子能级可以写为 做精密谱物理的意义(考虑到理论计算和实验测量都能很高的精度)： 1）验证QED理论（特别是束缚态QED），检验物理定律的自洽性。 2）确定某些物理常数，如 ， 2010年，Smicilas和Shiner[1]利用氦原子的23P0到23P2精细结构间的跃迁并结合Pachucki[2]等人的必威体育精装版理论计算，定出精细结构常数为 其中，（64）是实验的不确定度，（4）理论计算的不确定度，（260）是没有计算的其他项带来的不确定度。 3) 验证原子核模型 锂原子的特性：含有三个电子，可以用来检验或验证量子力学关于多体问题的一些结论，比如三个角动量的耦合理论等。 氦原子的特性：最简单的多体。 [1] M. Smiciklas and D. Shiner, Phys. Rev. Lett. 105, 123001 (2010) [2] K. Pachucki and Y. A. Yerokhin, Phys. Rev. Lett. 104, 070103 (2010) “精密”一词的含义 计算误差（数学）： 高阶项误差（物理）： 要求：两种误差是可控的 原子光谱实验值 原子核参数 与核物理模型无关 验证各种核物理模型 理论与实验结合 原子与原子核交叉 e e 3He QED 理论和基本物理常数 理论表达式包含基本物理常数 确定物理常数是精密谱物理的一部分 QED的精密验证涉及到多学科: 原子物理, 核物理(hyperfine, Rnuc, nuclear pol.), 高能物理, 激光光谱, 频标, 量子场论, 计算物理 对简单体系的研究, 如 H, He, 将仍然是取之不尽的知识来源 精密谱水平: 衡量原子物理整体水平的指标 氢分子离子 H2+, D2+, HD+: Schiller’s小组用Be+交感冷~mK，Physical Review Letters 98, 173002 (2007) 验证相对论和量子电动力学，以及分子计算理论