Forskare vid RUDN-universitetet har utvecklat en matematisk metod för att med hög noggrannhet lösa kvant-Coulomb-trekroppsproblemet för bundna tillstånd. De visade också att tidigare beräkningar utförda av en grupp japanska forskare är felaktiga. Arbetet kommer att bidra till mer exakta beräkningar av banorna för kvantpartiklar i rymden, och dess resultat kommer att vara användbara för att lösa grundläggande fysikproblem. Uppsatsen publicerades i tidskriften Fysisk granskning A .

Fysiker vid RUDN-universitetet har beräknat hur mycket energi som krävs för att ta bort en elektron från en atom, därigenom förvandlar den senare till en jon. De bestämde värdet på denna parameter för olika nivåer i heliumatomen med bäst känd precision - upp till 35 decimalsiffror. Det visade sig att de lösningar som tidigare använts för vätejonen H ⁻ , med 40 decimaler, avviker från det värde som tidigare bestämts för 35:e decimalen.

Forskarna utförde beräkningar för ett system av heliumatomer som interagerar enligt Coulombs lag. I normalt tillstånd, atomerna är neutrala och interagerar inte med varandra. För att detta ska hända, det är nödvändigt att jonisera heliumatomen – dvs. att ta bort en elektron från jonen. Då kommer atomen att få en positiv laddning. Detta kräver att man får lite energi (den så kallade joniseringsenergin). Dess värde bestämmer styrkan av en jons interaktion med andra laddade partiklar och banan för dess rörelse i rymden.

"Vi utvecklade ett tillvägagångssätt baserat på variationsmetoden, som gör det möjligt för en att numeriskt lösa kvantproblemet med tre kroppar bundet av Coulomb-interaktionen, med nästan godtycklig precision. Denna metod används för att beräkna joniseringsenergierna för en heliumatom för olika energinivåer av godtycklig orbital rörelsemängd. Vårt tillvägagångssätt visade effektiviteten och flexibiliteten i studiet av Coulombic-system. Vidare, att erhålla sådana värden kräver inte användning av superdatorer, " säger medförfattaren Vladimir Korobov från Laboratory of Theoretical Physics vid Joint Institute for Nuclear Research.

I klassisk mekanik, trekroppsproblemet består i att bestämma banorna för tre objekts rörelse i rymden relativt varandra. Detta problem har ingen generell lösning i form av finita funktioner för banor; endast speciella lösningar hittas för vissa initiala hastigheter och koordinater. Inom kvantmekaniken, trekroppsproblemet har inte heller någon analytisk lösning.

Beräkningsmetoder med hög precision hjälper till att lösa många grundläggande fysiska problem - i studier av exotiska heliumatomer som består av antiprotoner, elektroner och heliumkärnan, till exempel. De är av särskilt intresse eftersom de tillåter högprecisionsmätningar av energispektrumet för detta exotiska system och jämför de teoretiska resultaten med de som erhållits i experiment. Deras resultat kommer att tillåta forskare att bättre förstå antimaterias natur och förstärka kunskapen om kvantvärlden.