正电子与原子散射共振现象的研究.pdfVIP

Classified Index: O562.5 U.D.C: 539.1 Dissertation for the Doctoral Degree in Science RESEARCH ON RESONANCES IN POSITRON SCATTERING FROM ATOMS Candidate ： Yu Rongmei Supervisor ： Prof. Zhou Yajun Academic Degree Applied for ： Doctor of Science Speciality ： Optics Affiliation ： School of Science Date of Defence ： June, 2012 Degree-Conferring-Institution ： Harbin Institute of Technology 摘 要 摘 要 原子分子物理是最重要的基础学科之一，其基本任务就是对物质的微观结构和 粒子相互作用提供更详细准确的描述。目前原子分子物理面临的最大挑战就是对多 体问题和电子关联的处理。近年来，随着正电子实验技术的提高，正电子与原子分 子的碰撞受到越来越广泛的关注。正电子作为电子的反物质，其质量和所带电荷量 与电子相等，而电性相反。在碰撞过程中正电子受到原子核的排斥和价电子的吸引 力作用，与靶原子的电子之间没有交换相互作用，这就决定了正电子-原子散射与 电子-原子散射有很大的区别。例如，正电子碰撞除了存在普通的弹性、激发、电 离、形成束缚态等散射通道外，还有正负电子偶素形成和正负电子湮灭通道。由于 正电子的这些独特性质，对正电子与原子的散射过程的研究，不仅能够给我们提供 研究物质与反物质相互作用的重要手段，而且能够用于研究新的散射物理过程，具 有非常重要的学术意义。 在正电子与原子碰撞过程中存在一个非常重要的现象就是形成共振态。与形成 束缚态不同，正电子会暂时地束缚于靶原子，形成一个不稳定的准束缚态，称为共 振态。共振态一般在原子的激发阈值以及激发态正负电子偶素阈值以下形成，其原 因是由于入射正电子在激发态原子能级或者末态形成的激发态正负电子偶素能级 简引起的势场中运动，受到势的吸引作用与靶原子形成临时的束缚态。由于正电子 所感受到的这个势是电子-电子关联引起的极化势，因此对正电子共振现象的研究 能够为我们提供正电子与原子散射中更详细的电子关联信息。 共振态的存在会在散射相移和散射截面中表现出剧烈的变化，因而研究散射截 面能够预言共振位置和宽度等重要参数。目前广泛用于研究正电子原子碰撞散射截 面的方法主要为密耦方法，在之前的理论模型中，一部分只考虑了靶的分立态之间 的耦合而忽略连续态的作用，另外的大部分理论方法用伪态来描述连续态的作用。 在研究共振时引入伪态会引起计算上的伪共振，并且由于需要大量的伪态来使结果 达到收敛，因而计算会存在一定困难。本文的主要工作就是用发展的耦合通道光学 势方法研究正电子与氢原子以及复杂原子散射的共振现象。在我们的方法中，引入 一个极化势来描述碰撞过程中的连续态作用。使用 Feshbach 投影算符 P 和 Q 将整 个反应空间分为 P 和 Q 两个互补的子空间，其中 P 空间包含靶原子基态在内的有限 个分立态，Q 空间包含剩余的分立态和连续态，其作用通过在势能项中附加一个复 的极化势来描述。在描述正负电子偶素连续态的极化势中，我们发展了一种包含激 - I - 哈尔滨工业大学理学博士学位论文 发态正负电子偶素形成过程的计算方法，考虑了第一激发态正负电子偶素极化势对 散射截面和共振的影响。为了计算的可行性，我们对这个极化势引入一个等价局域 近似和角动量投影近似，通过联立求解 P 子空间中的通道耦合积分方程，得到各散 射通道的 T 矩阵元，然后对 T 矩阵元进行积