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 (975 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.0184.201403e.0273
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/
000337360600005
2-s2.0-84902168261
2014PhyU...57..257P
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

Список литературы (106) Статьи, ссылающиеся на эту (18) ↓ Похожие статьи (2)

  1. Zhang C X, Zubkov M A Annals of Physics 444 169016 (2022)
  2. del Valle J C, Turbiner A V, Ruiz A M E Phys. Rev. A 103 (3) (2021)
  3. Orlenko E, Evstafev A, Orlenko F Chemosensors 9 45 (2021)
  4. Kunashenko Yu P, Narimanova G N Russ Phys J 63 654 (2020)
  5. Adorno T C, Gitman D M, Shabad A E Universe 6 204 (2020)
  6. Andreichikov M A, Kerbikov B O, Simonov Yu A Успехи физических наук 189 337 (2019)
  7. Popov V S, Popruzhenko S V Phys. Atom. Nuclei 82 1583 (2019)
  8. Godunov S I, Machet B, Vysotsky M I Eur. Phys. J. C 77 (11) (2017)
  9. Friedrich H Theoretical Atomic Physics Graduate Texts in Physics Chapter 5 (2017) p. 403
  10. Andreichikov M A, Kerbikov B O et al J. High Energ. Phys. 2017 (5) (2017)
  11. Karnakov B M, Mur V D et al Успехи физических наук 185 3 (2015) [Karnakov B M, Mur V D et al Phys.-Usp. 58 3 (2015)]
  12. Karnakov B M, Mur V D et al Успехи физических наук 185 3 (2015) [Kuleshov V M, Mur V D et al Phys.-Usp. 58 785 (2015)]
  13. Feranchuk I, Ivanov A et al Lecture Notes in Physics Vol. Non-perturbative Description of Quantum SystemsAtoms in the External Electromagnetic Fields894 Chapter 7 (2015) p. 251
  14. Kuleshov V M, Mur V D et al Успехи физических наук 185 845 (2015)
  15. Van Boxem R, Partoens B, Verbeeck J Phys. Rev. A 91 (3) (2015)
  16. Salas J A, Pelaschier I, Varga K Phys. Rev. A 92 (3) (2015)
  17. Amdouni M, Eleuch H Mathematical Problems in Engineering 2014 1 (2014)
  18. Vysotskii M I, Godunov S I Успехи физических наук 184 206 (2014) [Vysotskii M I, Godunov S I Phys.-Usp. 57 194 (2014)]

© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение