När en atom träffas av en högenergielektron kan elektronen överföra sin energi till atomens elektroner, vilket får dem att joniseras. Joniseringsenergin är den minsta mängd energi som måste överföras till en elektron för att befria den från atomen.
Atomernas joniseringsenergier har mätts experimentellt för många grundämnen, men dessa mätningar kan vara svåra och tidskrävande. Teoretiska metoder för att beräkna joniseringsenergier är därför väsentliga för att förstå egenskaperna hos atomer och molekyler i extrema miljöer.
Den nya metoden, utvecklad av forskare vid University of California, Berkeley, är baserad på en kvantmekanisk metod som kallas densitetsfunktionsteori (DFT). DFT är en mycket använd metod för att beräkna egenskaper hos material, men den har vanligtvis varit mindre exakt för att beräkna joniseringsenergier än andra metoder.
Forskarna övervann denna begränsning genom att utveckla ett nytt sätt att representera vågfunktionen hos den joniserade elektronen. Denna nya representation, som är baserad på en matematisk teknik som kallas B-spline-metoden, möjliggör en mer exakt beskrivning av elektronens rörelse nära kärnan.
Forskarna testade sin nya metod på en mängd olika atomer, inklusive helium, neon, argon och krypton. De fann att deras metod var mer exakt än tidigare DFT-metoder, och i vissa fall överträffade den till och med mer sofistikerade metoder som är beräkningsmässigt dyrare.
Den nya metoden förväntas vara användbar för en mängd olika tillämpningar inom högenergifysik och astrofysik, inklusive studiet av joniseringsprocesser i plasma, stjärnornas atmosfärer och atomers interaktion med interstellär strålning.
