RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 11, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

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 field” Phys. Usp. 57 257–279 (2014); DOI: 10.3367/UFNe.0184.201403e.0273

Список литературы (106) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (21) Похожие статьи (12)

  1. Garstang R H Rep. Prog. Phys. 40 105 (1977)
  2. Lai D Rev. Mod. Phys. 73 629 (2001)
  3. Harding A K, Lai D Rep. Prog. Phys. 69 2631 (2006)
  4. Lattimer J M, Prakash M Phys. Rep. 442 109 (2007)
  5. Shiff L I, Snyder H Phys. Rev. 55 59 (1939)
  6. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Квантовая механика: нерелятивистская теория (М.: Физматлит, 2002); Landau L D, Lifshitz E M Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory (Oxford: Pergamon Press, 1977)
  7. Буреева Л А, Лисица В С Возмущенный атом (М.: ИздАТ, 1997)
  8. Либерман М А, Йоханссон Б УФН 165 121 (1995); Liberman M A, Johansson B Phys. Usp. 38 117 (1995)
  9. Lindgren K A U, Virtamo J T J. Phys. B At. Mol. Phys. 12 3465 (1979)
  10. Virtamo J T, Lindgren K A U Phys. Lett. A 71 329 (1979)
  11. Goldman S P, Chen Z Phys. Rev. Lett. 67 1403 (1991)
  12. Chen Z, Goldman S P Phys. Rev. A 48 1107 (1993)
  13. Wang J-H, Hsue C-S Phys. Rev. A 52 4508 (1995)
  14. Lai D, Salpeter E E Phys. Rev. A 53 152 (1996)
  15. Kravchenko Yu P, Liberman M A, Johansson B Phys. Rev. A 54 287 (1996)
  16. Потехин А Ю Дисс. ... докт. физ.-мат. наук (СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, 2009)
  17. Loudon R Am. J. Phys. 27 649 (1959)
  18. Andrews M Am. J. Phys. 34 1194 (1966)
  19. Elliott R J, Loudon R J. Phys. Chem. Solids 15 196 (1960)
  20. Hasegawa H, Howard R E J. Phys. Chem. Solids 21 179 (1961)
  21. Khriplovich I B, Ruban G Yu Laser Phys. 14 426 (2004)
  22. Карнаков Б М Письма в ЖЭТФ 77 73 (2003); Karnakov B M JETP Lett. 77 68 (2003)
  23. Попов В С Письма в ЖЭТФ 77 79 (2003); Popov V S JETP Lett. 77 74 (2003)
  24. Карнаков Б М, Попов В С ЖЭТФ 124 996 (2003); Karnakov B M, Popov V S JETP 97 890 (2003)
  25. Попов В С, Карнаков Б М ЖЭТФ 141 5 (2012); Popov V S, Karnakov B M JETP 114 1 (2012)
  26. Potekhin A Y, Turbiner A V Phys. Rev. A 63 065402 (2001)
  27. Sauter F Z. Phys. 69 742 (1931)
  28. Heisenberg W, Euler H Z. Phys. 98 714 (1936)
  29. Schwinger J Phys. Rev. 82 664 (1951)
  30. Ахиезер А И, Берестецкий В Б Квантовая электродинамика 4-е изд. (М.: Наука, 1981); Translated from 2nd Russ. ed., Akhiezer A I, Berestetskii V B Quantum Electrodynamics (New York: Interscience Publ., 1965)
  31. Базь А И, Зельдович Я Б, Переломов А М Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике 2-е изд. (М.: Наука, 1971); Translated from 1st Russ. ed., Baz' A I, Zel'dovich Ya B, Perelomov A M Scattering, Reactions and Decay in Nonrelativistic Quantum Mechanics (Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations, 1969)
  32. Демков Ю Н, Островский В Н Метод потенциалов нулевого радиуса в атомной физике (Л.: Изд-во ЛГУ, 1975); Demkov Yu N, Ostrovskii V N Zero-range Potentials and Their Applications in Atomic Physics (New York: Plenum Press, 1988)
  33. Vysotsky M I Письма в ЖЭТФ 92 22 (2010); Vysotsky M I JETP Lett. 92 15 (2010)
  34. Machet B, Vysotsky M I Phys. Rev. D 83 025022 (2011)
  35. Godunov S I, Machet B, Vysotsky M I Phys. Rev. D 85 044058 (2012)
  36. Галицкий В М, Карнаков Б М, Коган В И Задачи по квантовой механике 2-е изд. (М.: Наука, 1992); Галицкий В М, Карнаков Б М, Коган В И Задачи по квантовой механике 3-е изд. (М.: УРСС, 2001); Galitski V, Karnakov B, Kogan V, Galitski V (Jr.) Exploring Quantum Mechanics: A Collection of 700+ Solved Problems for Students, Lectures, and Researches (Oxford: Oxford Univ. Press, 2013)
  37. Case K M Phys. Rev. 80 797 (1950)
  38. Переломов А М, Попов В С ТМФ 4 (1) 48 (1970); Perelomov A M, Popov V S Theor. Math. Phys. 4 664 (1970)
  39. Попов В С, Кудрявцев А Е, Мур В Д ЖЭТФ 77 1727 (1979); Popov V S, Kudryavtsev A E, Mur V D Sov. Phys. JETP 50 865 (1979)
  40. Попов В С и др. ЖЭТФ 80 1271 (1981); Popov V S et al. Sov. Phys. JETP 53 650 (1981)
  41. Bateman H Higher Transcendental Functions Vol. 1 (Director A Erdélyi) (New York: McGraw-Hill, 1953); Бейтмен Г, Эрдейи А Высшие трансцендентные функции Т. 1 (М.: Наука, 1973)
  42. Shabad A E, Usov V V Phys. Rev. Lett. 98 180403 (2007)
  43. Shabad A E, Usov V V Phys. Rev. D 77 025001 (2008)
  44. Высоцкий М И, Годунов С И УФН 184 206 (2014); Vysotsky M I, Godunov S I Phys. Usp. 57 194 (2014)
  45. Попов В С Письма в ЖЭТФ 11 254 (1970); Popov V S JETP Lett. 11 162 (1970)
  46. Попов В С ЯФ 12 429 (1970); Popov V S Sov. J. Nucl. Phys. 12 235 (1971)
  47. Попов В С ЖЭТФ 59 965 (1970); Popov V S Sov. Phys. JETP 32 526 (1971)
  48. Зельдович Я Б, Попов В С УФН 105 403 (1971); Zeldovich Ya B, Popov V S Sov. Phys. Usp. 14 673 (1972)
  49. Gershtein S S, Popov V S Lett. Nuovo Cimento 6 593 (1973)
  50. Попов В С ЯФ 64 421 (2001); Popov V S Phys. Atom. Nucl. 64 367 (2001)
  51. Тернов И М и др. ЖЭТФ 55 2273 (1968); Ternov I M et al. Sov. Phys. JETP 28 1206 (1969)
  52. Newton R G Phys. Rev. D 3 626 (1971)
  53. Зельдович Я Б и др. ФТТ 1 1637 (1959); Zel'dovich Ya B et al. Sov. Phys. Solid State 1 1497 (1960)
  54. Зельдович Я Б Частицы, ядра, Вселенная : Избранные труды (М.: Наука, 1985); Zeldovich Ya B Selected Works of Yakov Borisovich Zeldovich Vol. 2 Particles, Nuclei, and the Universe (Princeton, N.J.: Princeton Univ. Press, 1993)
  55. Попов В С ЖЭТФ 60 1228 (1971); Popov V S Sov. Phys. JETP 33 665 (1971)
  56. Кудрявцев А Е, Маркушин В Е, Шапиро И С ЖЭТФ 74 432 (1978); Kudryavtsev A E, Markushin V E, Shapiro I S Sov. Phys. JETP 47 225 (1978)
  57. Кудрявцев А Е, Попов В С Письма в ЖЭТФ 29 311 (1979); Kudryavtsev A E, Popov V S JETP Lett. 29 280 (1979)
  58. Karnakov B M, Kudryavtsev A E, Mur V D, Popov V S Nuovo Cimento B 98 63 (1987)
  59. Kарнаков Б М, Kудрявцев А Е, Mур В Д, Попов В С ЖЭТФ 94 65 (1988); Karnakov B M, Kudryavtsev A E, Mur V D, Popov V S Sov. Phys. JETP 67 1333 (1988)
  60. Badalyan A M et al. Phys. Rep. 82 31 (1982)
  61. Deser S et al. Phys. Rev. 96 744 (1954)
  62. Карнаков Б М, Мур В Д ЖЭТФ 87 1150 (1984); Karnakov B M, Mur V D Sov. Phys. JETP 60 657 (1984)
  63. Karnakov B M, Krainov V P WKB Approximation in Atomic Physics (Heidelberg: Springer, 2013)
  64. Schwinger J Phys. Rev. 78 135 (1950)
  65. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С ДАН СССР 279 345 (1984); Karnakov B M, Mur V D, Popov V S Sov. Phys. Dokl. 29 938 (1984)
  66. Карнаков Б М, Мур В Д, Попов В С ЯФ 41 1258 (1985)
  67. Андреев С П, Карнаков Б М, Мур В Д Письма в ЖЭТФ 37 155 (1983); Andreev S P, Karnakov B M, Mur V D JETP Lett. 37 187 (1983)
  68. Андреев С П, Карнаков Б М, Мур В Д, Полунин В А ЖЭТФ 86 866 (1984); Andreev S P, Karnakov B M, Mur V D, Polunin V A Sov. Phys. JETP 59 506 (1984)
  69. Горьков Л П, Дзялошинский И Е ЖЭТФ 53 717 (1967); Gor'kov L P, Dzyaloshinskii I E Sov. Phys. JETP 26 449 (1968)
  70. Potekhin A Y J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 27 1073 (1994)
  71. Potekhin A Y J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 31 49 (1998)
  72. Potekhin A Y, Pavlov G G Astrophys. J. 483 414 (1997)
  73. Pomeranchuk I, Smorodinsky Ya J. Phys. USSR 9 97 (1945)
  74. Померанчук И, Смородинский ЯПомеранчук И Я Собрание научных трудов Т. 2 (М.: Наука, 1972) с. 21
  75. Pieper W, Greiner W Z. Phys. 218 327 (1969)
  76. Brodsky S J Comm. Atom. Mol. Phys. 4 109 (1973)
  77. Greiner W, Müller B, Rafelski J Quantum Electrodynamics of Strong Fields (Berlin: Springer-Verlag, 1985)
  78. Schluter P et al. J. Phys. B At. Mol. Phys. 18 1685 (1985)
  79. Popov V S AIP Conf. Proc. 1205 132 (2010)
  80. Маринов М С, Попов В С Письма в ЖЭТФ 17 511 (1973); Marinov M S, Popov V S JETP Lett. 17 368 (1973)
  81. Попов В С Письма в ЖЭТФ 16 355 (1972); Popov V S JETP Lett. 16 251 (1972)
  82. Müller B, Rafelski J, Greiner W Phys. Lett. B 47 5 (1973)
  83. Rafelski J, Müller B Phys. Lett. B 65 205 (1976)
  84. Маринов М С, Попов В С, Столин В Л Письма в ЖЭТФ 19 76 (1974); Marinov M S, Popov V S, Stolin V L JETP Lett. 19 49 (1974)
  85. Lisin V I, Marinov M S, Popov V S Phys. Lett. B 69 141 (1977)
  86. Lisin V I, Marinov M S, Popov V S Phys. Lett. B 91 20 (1980)
  87. Okun' L B Comments Nucl. Part. Phys. 6 25 (1974)
  88. Попов В С, Елецкий В Л, Мур В Д ЖЭТФ 71 856 (1976); Popov V S, Eletskii V L, Mur V D Sov. Phys. JETP 44 451 (1976)
  89. Ораевский В Н, Рез А И, Семикоз В Б ЖЭТФ 72 820 (1977); Oraevskii V N, Rex A I, Semikoz V B Sov. Phys. JETP 45 428 (1977)
  90. Cахаров А Д ДАН СССР 165 65 (1965); Sakharov A D Sov. Phys. Dokl. 10 1045 (1966)
  91. Сахаров А Д УФН 88 725 (1966); Sakharov A D Sov. Phys. Usp. 9 294 (1966)
  92. Сахаров А Д Научные труды (М.: ОТФ ФИАН. Центрком, 1995)
  93. Pulsar Power Conf. 2 746 (1999)
  94. Павловский А И Сахаров А Д. Научные труды (М.: ОТФ ФИАН. Центрком, 1995) с. 85
  95. Попов В С, Карнаков Б М, Мур В Д ЖЭТФ 115 1642 (1999); Popov V S, Karnakov B M, Mur V D JETP 88 902 (1999)
  96. Itakura K, Iso S, Takahashi T (Eds) Proc. of Intern. Conf. on Physics in Intense Fields, PIF 2010, 24 - 26 November 2010, KEK, Thukuba, Japan (KEK Proc.) Vol. 2010-13 (Tsukuba, Japan: KEK, 2011)
  97. Sarri G et al. Phys. Rev. Lett. 109 205002 (2012)
  98. Wagner U et al. Phys. Rev. E 70 026401 (2004)
  99. Kerbikov B O, Andreichikov M A Письма в ЖЭТФ 96 397 (2012); Kerbikov B O, Andreichikov M A JETP Lett. 96 361 (2012)
  100. Ландау Л Д, Смородинский Я А ЖЭТФ 14 269 (1944); Landau L, Smorodinskii Ya J. Phys. USSR 8 154 (1944)
  101. Goldberger M L, Watson K M Collision Theory (New York: Wiley, 1964); Гольдбергер М, Ватсон К Теория столкновений (М.: Мир, 1967)
  102. Кудрявцев А Е, Мур В Д, Попов В С ЯФ 37 1417 (1983); Kudryavtsev A E, Mur V D, Popov V S Sov. J. Nucl. Phys. 37 844 (1983)
  103. Мур В Д, Попов В С, Сергеев А В ЯФ 59 68 (1996); Mur V D, Popov V S, Sergeev A V Phys. Atom. Nucl. 59 62 (1996)
  104. Мур В Д Дисс. ... докт. физ.-мат. наук (М.: МИФИ, 1991)
  105. Dumbrajs O et al. Nucl. Phys. B 216 277 (1983)
  106. Мур В Д, Попов В С ДАН СССР 284 586 (1985); Mur V D, Popov V S Sov. Phys. Dokl. 20 782 (1985)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение