Avancerad matematisk analys av joniseringen av en heliumatom av en påverkande proton har avslöjat var skillnader uppstår mellan experiment och befintliga teoretiska beräkningar av processen

När en atom påverkas av en snabbt rörlig proton, en av dess kretsande elektroner kan slås bort, lämnar efter sig en positivt laddad jon. För att förstå denna process, det är viktigt för forskare att undersöka fördelningar i de vinklar som elektroner rör sig vid när de slås bort. I en ny studie publicerad i EPJ D. , M. Purkait och kollegor vid Ramakrishna Mission Residential College i Indien har tydligt identifierat särskilda områden där skillnader uppstår mellan vinkelfördelningarna som mäts i teorier och experiment.

Teamets resultat kan leda till mer avancerade beräkningar av denna joniseringsprocess. I tur och ordning, förbättrade teoretiska tekniker skulle kunna tillämpas inom så omfattande områden som plasmafysik, cancerterapi, och utveckling av ny laserteknik. Med de senaste experimentella teknikerna, fysiker kan nu noggrant mäta hur vinkelbanorna för utsända elektroner kommer att variera, beroende både på elektronens energi, och momentum överförd från den påverkande protonen. Dessa fördelningar beskrivs i beräkningar med namnet "helt differentiella tvärsnitt" (FDCS) - som är väsentliga för att styra teoretiska modeller av joniseringsprocessen. Än så länge, dock, teoretiska beräkningar har ofta kontrasterat på osäkra sätt med experimentellt erhållna FDCS.

I deras studie, Purkaits team undersökte joniseringen av en heliumatom genom en protonpåverkan. Eftersom en heliumkärna innehåller två protoner och två neutroner, forskarna studerade processen med hjälp av en "fyrkroppsförvrängd våg" (DW-4B) approximation. Med denna verktygssats, de skulle kunna approximera de djupt komplexa interaktionerna med enklare matematik. Detta gjorde det möjligt för dem att redogöra för beteendet hos den utsända elektronen och påverkande proton i heliumkärnans elektriska fält, och hur kärnans position förvrängs i sin tur. Genom att jämföra deras resultat med FDCS som uppmätts i de senaste experimenten, teamet fann att de var ganska överens om energin med hög effekt. Tydliga avvikelser uppstod bara för högre värden av proton-elektronmomentöverföring, och för elektroner med mellanliggande energi. Teamet hoppas nu att deras resultat kan leda till förbättringar av teoretiska tekniker i framtida forskning.