类锂原子体系四重态的精密计算

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随着计算方法和计算机技术的发展,原子光谱的理论计算值往往可以达到和精密实验测量值相当的精度,实验和理论的相互促进是该领域发展的主要动力之一。在众多原子中,少电子原子体系的精密谱理论和计算一直是大家关注的热点之一。该方向的研究主要是以量子力学(QM)、量子电动力学(QED)为理论基础,采用现代数值计算方法作为理论手段,依托现代原子光谱实验测量的数据作为对照,达到检验基本物理理论、确定基本物理常数和原子核结构参数、探索新物理的研究目的。本文的主要工作是在Hylleraas坐标下利用瑞利-李兹变分法对锂原子及类锂离子(4≤Z≤10)体系较低的几个自旋四重态的薛定谔方程进行求解,得到高精度的非相对论能量和波函数,然后计算了能量的一阶、二阶和三阶质量极化系数(即原子核的有限质量对能量的影响),最后计算了这些体系的费米接触项(Fermi contact term,这一项是能级超精细结构的主要来源)。为了得到高精度的结果,我们采用四精度数据、并编写了并行的Fortran程序。对于锂原子的1s2sns ~4S(n=3-5)态,我们的变分基底包含的基函数的数目最多达到30000个,计算得到的这些态的非相对论变分能量值精度达到10-13,费米接触项的数值精度达到109-;对于1s2s2p~4P态,我们对基组的选取进行了改进,以达到提高计算结果的稳定性和收敛率的目的,所使用的基函数数目达到22202个,计算得到的锂原子及类锂离子(4≤Z≤10)非相对论能量值的准确位数可达13位有效数字,一阶质量极化系数有10位精确数字、二阶质量极化系数有10位精确数字、三阶质量极化系数有10位精确数字,之后利用前面所得到的高精度非相对论变分波函数,我们进一步计算了费米接触项,计算结果的精度达到109-,也是目前针对锂原子及类锂离子(4≤Z≤10)1s2s2 p ~4P态费米接触项理论研究计算中最精确的,为其他理论方法和相关实验研究提供参考数据。
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