Квантова структура надтонкої, електрослабкої взаємодій у важких атомах та ядрах

Khetselius O.Yu., Quantization of states of the Dirac equation with non-singular potential and hyperfine structure of spectrum and parity non-conserving effect/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the XVI International Congress on Mathematical Physics.- Prague (Czech Rep.).-2009.- P.174.

Khetselius O.Yu., Quantization of states for many-body Dirac equation and parity non-conserving effect/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the International conference “Geometry in Odessa-2009”.-Odessa (Ukraine).-2009.-P.91.

Khetselius O.Yu., QED many-body perturbation theory: Atomic parity non-conservation in heavy atoms/Khetselius O.Yu.//Proc. of Int. Workshop `Progress in Nonequilibrium Green's Functions IV'.- Glasgow (Scotland, UK).-2009.-P.94.

Khetselius O.Yu., Atomic parity nonconservation in heavy atoms and observing P and PT violation using NMR shift in a laser beam/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the 41^st European Conference of European Group on Atomic Systems (EGAS-41).-Gdansk (Poland).-2009.-P.CP-50.

Khetselius O.Yu., Hyperfine structure and atomic parity nonconservation effect in heavy atoms and observing P and PT violation/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the 9^th International IUPAP Conference on Few-Body Problems in Physics.- Bonn (Germany).-2009.-P.39.

Khetselius O.Yu., Nuclear moments and hyperfine structure parameters for heavy isotopes within relativistic mean field theory Khetselius O.Yu.//Proc.of 10^th Int. Conf.on Nucleus-Nucleus Collisions (NN2009).- Beijing (China).-2009.- P.PA8-P08.

Khetselius O.Yu., Generalized multiconfiguration model of decay of the multipole giant resonances (Sect.: Nuclear Structure Far from Stability)/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the International Conference “Nuclear Physics in Astrophysics-IV” (NPA-IV).-Assergi (Italy).-2009.-P.Mo08

Khetselius O.Yu., Atomic parity non-conservation in nuclei and dynamical enhancement of weak interaction: Numerical Modelling/Khetselius O.Yu.// Proc. of Intern. Conference on Mathematical Modeling and Computational Physics.-Dubna (Russia).-2009.-P.48-49.

Khetselius O.Yu., Nuclear moments and hyperfine structure parameters for heavy isotopes within QED and relativistic mean field theory/ Khetselius O.Yu.// Proc. of European Nuclear Physics Conference.- Bochum (Germany).-2008.-P. HK 67.45.

Khetselius O.Yu., Relativistic Many-Body Perturbation Theory: Atomic Parity Nonconservation Effect in Heavy Atomic Systems/ Khetselius O.Yu.// Proc. of the 4^th International Workshop "From Parity Violation to Hadronic Structure and more ".-Maine (USA).-2009.- P.Mo13.

АНОТАЦІЇ

Хецеліус О.Ю. Квантова структура надтонкої, електрослабкої взаємодій у важких атомах та ядрах. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спецiальнiстю 01.04.16- фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій.-Одеський національний політехнічний університет Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2010.

Дисертація присвячена розробці нового підходу до кількісного опису надтонкої (НТС) і електрослабкої взаємодій у важких атомах, ядрах, і розвитку нової теорії кооперативних електрон--ядерних процесів (гразерна е--N спектроскопія), в основі яких лежить нова комбінована релятивістська ядерна і КЕД теорія. Визначені ядерні магнітні моменти, параметри НТС, незберегаючі парність амплітуди переходів для групи атомів (ядер): ¹³³Cs, ¹³⁷Ba⁺, ²⁰⁵Tl, ²²³Fr,²²⁶Ra⁺,¹⁷³Yb інш.з урахуванням обмінно-кореляційної, брейтівської, е-е слабкої взаємодії, КЕД і ядерних (розподіл магнітного моменту, скінченний розмір, нейтронна “skin”) поправок, залежних від ядерного спіну внесків за рахунок анапольного моменту, обміну Z бозоном, ефекту НТС-Z-обміну. Для ¹³³Cs,²⁰⁵Tl,вперше¹⁷³Yb визначений слабкий заряд і надано ретельне порівняння теорії з даними Стандартної Моделі. Вперше отримані дані про інтенсивності електронних супутників у спектрі -випромінювання ядер, процесу «ядерне збудження-електронний перехід». Отримані для багатьох ядер вперше дані можуть бути використані у різних галузях фізики ядра, елементарних частинок, високих енергій, фізики прискорювачів, колайдерів тощо.

Ключовi слова: електрослабка, надтонка взаємодія, незбереження парності, слабкий заряд, кооперативні е--ядерні процеси, модель середнього поля ядра, КЕД теорія збурень, метод функцій Гріна, важкі атоми та ядра

Khetselius O.Yu. Quantum structure of hyperfine, electroweak interactions in heavy atoms and nuclei. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.16 - physics of nucleus, elementary particles and high energies.- Оdessa national politechnical university of Ministry of education and science of Ukraine, Odessa,2010.

Dissertation is devoted to carrying out a new approach to qualitative description of hyperfine (HFS) and electroweak interactions in heavy atoms and nuclei and development of new theory for cooperative е--nuclear processes (graser е--N spectroscopy). It's based on new combined nuclear and QED theory. There are defined nuclear magnetic moments, HFS parameters, parity nonconservation radiative amplitudes for a set of nuclei (atoms): ¹³³Cs, ¹³⁷Ba⁺, ²⁰⁵Tl,²²³Fr, ²²⁶Ra⁺, ¹⁷³Yb with account of exchange-correlation, Breit, weak е-е interactions, QED and nuclear (magnetic moment distribution, finite size, neutron “skin”) corrections, nuclear-spin dependent corrections due to anapole moment, Z-boson ( (A_nV_e) current) exchange, HFS-Z exchange ((V_nA_e) current). The weak charge is found for ¹³³Cs, ²⁰⁵Tl and firstly ¹⁷³Yb and comparison with Standard model is done. New data about electron satellites intensities in -emission nuclear spectra and for process “N excitation - e transition” are received for a number of nuclei. New data can be used in different fields of nuclear, elementary particles, high energies, accelerators, colliders physics.

Key words: electroweak, hyperfine interactionі, parity nonconservation, weak charge, cooperative e--nuclear processes, mean field nuclear model, QED perturbation theory, Green's function method, heavy atoms and nuclei.

Хецелиус О.Ю. Квантовая структура сверхтонкого, электрослабого взаимодействий в тяжелых атомах и ядрах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.16 - физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий.- Одесский национальный политехнический университет Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2010.

Диссертация посвящена разработке нового подхода к количественному описанию характеристик сверхтонкого (СТС) и электрослабого взаимодейст-вий в тяжелых атомах, ядрах, и развитию новой количественной теории коопе-ративных электрон--ядерных процессов (гразерная е--N спектроскопия), в основе которых лежит новая комбинированная КЭД теория возмущений (ТВ), энергетический подход (S-матричный формализм Гелл-Мана и Лоу), релятивистская модель среднего поля ядра (РМСП). Разработан новый, калиб-ровочно-инвариантный подход к конструированию релятивистской функции Грина (ФГ) уравнения Дирака с несингулярным ядерным потенциалом и комплексной энергией, который используется как при вычислении корреля-ционных поправок, так и в задаче вычисления собственно-энергетического вклада лэмбовского сдвига и радиационных поправок к амплитудам. В рамках новой ядерно-КЭД ТВ адаптирована обобщенная техника вычисления матричных элементов оператора релятивистского межэлектронного взаимодействия, включающего кулоновское, брейтовское магнитное, а также слабое межэлектронное взаимодействие. Разработан новый подход к учету принципиально важных многочастичных корреляционных эффектов как эффектов 2-го и выше порядков ТВ с учетом всех классов основных диаграмм (2 порядка и доминирующих классов диаграмм высших порядков,в т.ч., описывающих экранировку кулоновского взаимодействия, взаимодейст-вия «частица-дырка», итерации массо-вого оператора ) и новый релятивистский метод штурмовских разложений для учета состояний континуума. Сформулирован обобщенный энергетический подход к вычисле-нию амплитуд радиационных переходов и новый подход к описанию КЭД поправок: собственно-энергетического вклада, вклада за счет поляризации вакуума, включая КЭД поправки высших порядков. Проведено детальное изучение энергий уровней, амплитуд переходов, параметров СТС для ряда состояний ¹³³Cs, ¹³⁷Ba⁺ , ²⁰⁵Tl, а также впервые аналогичных состояний с прецизионным учетом релятивистских, радиационных, корреляционных, ядерных и др. эффектов, включая эффекты Bohr-Weisskopf, Breit-Rosenthal-Crawford-Schawlow и КЭД поправки высших порядков. Рассчитаны ядерные магнитные моменты, параметры СТС для ядер ²⁰⁹Bi⁸²⁺, ²⁰⁷Pb⁸¹⁺, ²⁰⁹Pb⁸¹⁺,²⁰⁷Tl⁸⁰⁺ и показано ключевое значение для теории учета всей совокупности указанных эффектов. Показано, что неточности альтернативных теорий типа теории Дирака с учетом конечного размера ядра, динамических протонных моделей и др. связаны с неучетом КЭД вкладов высших порядков. Рассмотрены оптима- льные схемы лазерного разделения и детектирования изотопов Cs (в том числе как продуктов реакции спонтанного ядерного деления ²⁵²Cf), Yb, U и др. Выполнен расчет энергий, несохраняющих четность (PNC) амплитуд переходов для атомов (ядер): ⁸⁵Rb (5s-6s), ¹³³Cs (6s-7s), ¹³⁷Ba⁺ (6s-5d_3/2), ²⁰⁵Tl (6p_1/2-6p_3/2), ²²³Fr (7s-8s), ²²⁶Ra⁺(7s-6d_3/2), ¹⁷³Yb (6s²¹S₀-6s6d ³D₁), (7p_1/2-7p_3/2) с учетом корреляционных вкладов (включая вклад автоионизационных состояний, давление континуума, эффект структурной радиации), брейтовского взаимодействия, КЭД поправок, ядерных эффектов (распределение магнитного момента ядра, конечный размер ядра, нейтронная “skin” поправка) и др. (е-е слабое взаимодействие). Выполнен расчет вкладов в PNC амплитуду, зависящих от ядерного спина, в частности, связанных с взаимодействием посредством обмена Z бозоном (ядерный аксиально-векторный (A_nV_e) ток), комбинированного эффекта СТС взаимодействия и спин-независящего Z-обменного взаимодействия ( векторный (V_nA_e) ток нуклонов) и основного источника- анапольного момента ядра. С использованием экспериментальных измерений величины и прецизионных данных нашей теории для ¹³³Cs, ²⁰⁵Tl, определены значения слабого заряда Q_W, которые находятся в физически разумном согласии с данными Стандартной Модели (СМ), однако, все же имеющая место разница данных является сигналом к дальнейшему развитию теории, включая выход за рамки СМ. Впервые предсказаны значения амплитуд для тяжелых атомов ¹⁷³Yb (6s²¹S₀-6s6d³D₁), ²²⁶Ra⁺(7s-6d_3/2), (7p_1/2-7p_3/2), причем для ¹⁷³Yb впервые оцененное значение Q_W существенно отличается Q_W (СМ), что стимулирует выявление ограничений на массу Z' бозона и угол смешивания в моделях за рамками СМ. Впервые получены количественные данные об интенсивностях электронных спутников в спектрах -излучения ядер в нейтральных атомах (низколежащие переходы) и много-зарядных О-подобных ионах для изотопов, , и др. и выявлен новый физический эффект гигантского увеличения интенсивностей электрон-ных спутников при переходе от нейтрального атома к иону. Вычислены вероятности процесса «ядерное-возбуждение-электронный переход» (NEET) в ядрах ,, значения которых приемлемо согласуются с эксперимен-тальными данными Аргоннской нац.лаб.(США), Центра синхротронного излу-чения (Япония) Впервые предсказаны вероятности процесса NEET в ядрах ,,, причем для необъясненный до сих пор в эксперименте HeЯberger etal (GSI,2006) сигнал можно интерпретировать как NEET -ядерный переход. Полученные в большинстве случае впервые ядерные данные могут бать использованы в различных областях физики ядра, элементарных частиц, високих энергий, физики ускорителей, коллайдеров и т.д.

Ключевые слова: электрослабое взаимодействие, сверхтонкая структура, несохрание четности, слабый заряд, кооперативные электрон--ядерные процессы, релятивистская модель среднего моля ядра, КЭД теория возмущений, метод функций Грина, тяжелые атомы и ядра.

Размещено на Allbest.ru