Выпуски

 / 

2014

 / 

Март

  

К 100-летию со дня рождения Я.Б. Зельдовича


Атом водорода в сильном магнитном поле

 а,  б
а Государственный научный центр Российской Федерации «Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова», ул. Б. Черемушкинская 25, Москва, 117259, Российская Федерация
б Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Каширское шоссе 31, Москва, 115409, Российская Федерация

Рассмотрены свойства спектра энергий атома водорода, находящегося в сильном (B > Ba ∼ 109 Гс) или сверхсильном (B ≳ Bcr ∼ 1014 Гс) магнитном поле, когда движение электрона становится релятивистским и существенны эффекты квантовой электродинамики. С использованием адиабатического приближения получены аналитические формулы для энергии уровней, обладающие высокой точностью в полях B > 1010 Гс. Проведено сравнение этих формул с известными из литературы асимптотиками и с результатами численных расчётов. Отмечается характерная особенность движения электрона в сильных магнитных полях: при B ≳ Bcr поперечное движение электрона становится релятивистским, а продольное (вдоль В) движение описывается формулами нерелятивистской теории и к нему применимо адиабатическое приближение. Обсуждаются следующие вопросы, качественное различие в поведении чётных и нечётных уровней в полях B >> Ba снятие вырождения между чётными и нечётными состояниями атома водорода; соотношения скейлинга в спектре атома водорода при различных значениях квантовых чисел (n, nρ, m) и напряжённости магнитного поля; размеры, форма и квадрупольный момент атома водорода при B >> Ba; радиационные переходы np → 1s в сильном магнитном поле; релятивистские эффекты и эффекты квантовой электродинамики: влияние поляризации вакуума и аномального магнитного момента электрона на положение атомных уровней; экранировка кулоновского потенциала и «замерзание» энергий атомного спектра при B → ∞; проявление эффекта Зельдовича в спектре уровней атома водорода в сильном магнитном поле. Кратко обсуждается проблема критического заряда ядра; предложены простые асимптотические формулы для Zcr, справедливые для нижних уровней электронного спектра. Приведены некоторые сведения об экстремальных магнитных полях, полученных в лабораторных экспериментах и встречающихся в космосе. Рассмотрена кулоновская перенормировка длины рассеяния в резонансной ситуации, когда в энергетическом спектре системы имеется мелкий уровень.

Текст: pdf
Войдите или зарегистрируйтесь чтобы получить доступ к полным текстам статей.
PACS: 03.65.Ge, 03.65.Pm, 32.30.−r (все)
DOI: 10.3367/UFNr.0184.201403e.0273
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2014/3/f/
Цитата: Попов В С, Карнаков Б М "Атом водорода в сильном магнитном поле" УФН 184 273–296 (2014)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 6 июля 2013, 21 августа 2013

English citation: Popov V S, Karnakov B M “Hydrogen atom in a strong magnetic fieldPhys. Usp. 57 257–279 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201403e.0273

© Успехи физических наук, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение