Процессы взаимодействия легчайших адронных атомов со средойНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. Процессы взаимодействия легчайших адронных атомов со средой. 1-й этап
Результаты этапа: Проведен общий анализ квантового кинетического уравнения для матрицы плотности состояний сверхтонкой структуры (СТС) антипротонного атома гелия c учетом релаксационных процессов и внешнего микроволнового поля. Разработан метод численного решения этого уравнения. Выполнены модельные расчеты матрицы релаксации, скоростей столкновительных переходов между состояниями СТС, сдвигов и уширения спектральных линий М1-переходов при разных значениях параметров модели, рассчитаны временные зависимости матрицы плотности спиновых состояний антипротонных атомов 4He и 3He при разных начальных условиях и при различных скоростях заселения состояний СТС с более высоких уровней. Получено хорошее согласие с имеющимися экспериментальными данными для 4He. Проведено единое рассмотрение процессов упругого рассеяния, штарковских переходов, кулоновского девозбуждения и индуцированного поглощения при столкновениях возбужденного пионного водорода с обычными атомами H. Для решения системы уравнений связи каналов разработан метод, позволяющий исключить nрудности, связанные с экспоненциальным ростом волновых функций при учете закрытых каналов и каналов с нестабильными состояниями адронного атома. Расчеты выполнены для начальных состояний с главным квантовым числом n от 2 до 8 при кинетической энергии 0.0001-100 эВ. Для отработки и проверки метода используемый подход был применен также для расчета сечений аналогичных процессов с мюонными атомами водорода. Проведены детальные расчеты кинетики атомного каскада в пионных и мюонных атомах водорода. Достигнуто хорошее согласие с имеющимися экспериментальными данными по выходам радиационных (np - 1s) линий в широком интервале изменения плотности мишени без использования подгоночных параметров. Впервые дано теоретическое описание наблюдаемого распределения по кинетическим энергиям пионного атома водорода на момент реакции перезарядки при плотности жидкого водорода. Выполнены расчеты поверхности потенциальной энергии для системы "антипротонный ион гелия - атом гелия" в широком интервале изменения геометрических параметров трех тяжелых частиц.
2 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. Процессы взаимодействия легчайших адронных атомов со средой. 2-й этап
Результаты этапа: Выполнены систематические расчеты сечений и скоростей штарковских переходов и индуцированной аннигиляции при столкновениях высоковозбужденных антипротонных ионов гелия с атомами He для состояний ионов с главным квантовым числом n=28 - 32 при низкой температуре среды (T ~ 10 K). В расчетах по методу сильной связи каналов учтены все состояния с разными l при данном n, в том числе аннигилирующие ns- и np-состояния, а матрица потенциалов получена из "ab initio" поверхностей потенциальной энергии системы "антипротонный ион гелия - атом гелия". Результаты для сечений и скоростей переходов качественно объясняют наблюдавшиеся в эксперименте большие эффективные скорости аннигиляции круговых состояний антипротонного иона гелия. Показано, что внешний оже-эффект в этой системе сильно подавлен из-за кулоновского отталкивания между положительно заряженными ионами в конечном состоянии. Проведены расчеты сечений упругого рассеяния, штарковских переходов, кулоновского девозбуждения и индуцированного поглощения/аннигиляции при столкновениях каонных и антипротонных атомов водорода с атомами H, завершены начатые ранее систематические расчеты аналогичных процессов с пионными атомами для состояний с главным квантовым числом n= 2-8 при энергиях от 0.001 до 100 эВ. В рамках расширенной каскадной модели изучены энергетические распределения мюонного и пионного водорода на момент радиационных (np - 1s) переходов и на момент реакции перезарядки пиона. Результаты каскадных расчетов, выполненных без использования подгоночных параметров для элементарных сечений, согласуются с имеющимися данными по относительным и абсолютным выходам радиационных (np - 1s) линий в широком интервале изменения плотности мишени. Впервые дано теоретическое описание наблюдаемого распределения по кинетическим энергиям пионного атома водорода на момент перезарядки пиона в жидком водороде. Показано, что происхождение высокоэнергетических компонент в спектре нейтронов из пионного водорода при энергиях 105 эВ и 209 эВ количественно объясняется кулоновскими переходами 5 - 3 и 3 - 2, соответственно. Рассмотрено влияние столкновений на переходы между состояниями сверхтонкой структуры (СТС) антипротонного 3He в присутствии микроволнового излучения. Общая картина зависимостей матрицы релаксации, скоростей столкновительных переходов между состояниями СТС, сдвигов и уширения спектральных линий М1-переходов, временной зависимости матрицы плотности спиновых состояний для антипротонного 3He от температуры среды, временного интервала между двумя лазерными импульсами, расстройки частоты микроволнового излучения весьма сходна с результатами для 4He. Но относительная интенсивность второго аннигиляционного сигнала при резонансной частоте микроволнового излучения в 3He вдвое меньше, чем в 4He, что подтверждается экспериментом. Полная ширина линии $J^{--+}\rightarrow J^{+-+}$ с учетом столкновительного и Фурье-уширения при временном интервале между двумя лазерными импульсами t_d=350 нс составляет 2.4 МГц, что согласуется с наблюдаемым значением 2.08(22) МГц.
3 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. Процессы взаимодействия легчайших адронных атомов со средой. 3-й этап
Результаты этапа: 1) Выполнен общий анализ квантового кинетического уравнения ("master equation") для матрицы плотности состояний сверхтонкой структуры (СТС) антипротонного атома гелия в среде при наличии внешнего микроволнового поля и разработан метод численного решения зтого уравнения. 2) Для антипротонного 4He выполнены расчеты скоростей столкновительных переходов между состояниями СТС, сдвигов и уширения спектральных линий М1-переходов, исследована временная эволюция матрицы плотности спиновых состояний, получена зависимость интенсивности аннигиляционного сигнала второго лазерного импульса от времени между двумя лазерными импульсами при резонансной частоте микроволнового излучения, а также форма сигнала в зависимости от расстройки частоты. Хорошее согласие с экспериментом достигается подбором всего одного параметра модели - силы тензорного взаимодействия. 3) Рассмотрено влияние столкновений на переходы между состояниями СТС антипротонного 3He в присутствии микроволнового излучения. Результаты согласуются с полученными недавно экспериментальными данными. 4) Проведены расчеты поверхностей потенциальной энергии системы "антипротонный ион гелия - атом гелия" для изотопов 3,4He. 5) Выполнены систематические расчеты сечений и скоростей штарковских переходов и индуцированной аннигиляции при столкновениях высоковозбужденных антипротонных ионов гелия-3 и гелия-4 с атомами He при ультранизких энергиях (T = 10 K). Результаты качественно объясняяют данные о больших эффективных скоростях аннигиляции круговых состояний антипротонного иона гелия. 6) Проведено единое рассмотрение процессов упругого рассеяния, штарковских переходов, кулоновского девозбуждения и индуцированного поглощения/аннигиляции при столкновениях возбужденных пионных, каонных и антипротонных атомов водорода с атомами H. Исследованы общие закономерности поведения сечения индуцированного поглощения в зависимости от ширин и сдвигов абсорбтивных состояний. 7) Выполнены детальные расчеты кинетики атомного каскада в пионных и мюонных атомах водорода в рамках расширенной каскадной модели, изучены энергетические распределения мюонного и пионного водорода на момент радиационных (np - 1s) переходов и на момент реакции перезарядки пиона. Результаты каскадных расчетов (без использования подгоночных параметров для элементарных сечений) хорошо согласуются с имеющимися данными по относительным и абсолютным выходам радиационных (np-1s) линий в широком интервале изменения плотности мишени.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".