Onderzoekers van de RUDN University hebben een wiskundige methode ontwikkeld om het quantum Coulomb-drielichamenprobleem voor gebonden toestanden met hoge nauwkeurigheid op te lossen. Ze toonden ook aan dat eerdere berekeningen van een groep Japanse wetenschappers onjuist zijn. Het werk zal bijdragen aan nauwkeurigere berekeningen van de banen van kwantumdeeltjes in de ruimte, en de resultaten ervan zullen nuttig zijn bij het oplossen van fundamentele natuurkundige problemen. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling A .

Natuurkundigen van de RUDN Universiteit hebben berekend hoeveel energie er nodig is om een ​​elektron van een atoom te ontdoen, waardoor de laatste in een ion verandert. Ze bepaalden de waarde van deze parameter voor verschillende niveaus in het heliumatoom met de meest bekende precisie - tot 35 cijfers achter de komma. Het bleek dat de eerder gebruikte oplossingen voor het waterstofion H ^- , met 40 decimalen, wijkt af van de eerder vastgestelde waarde op de 35e decimaal.

De wetenschappers voerden berekeningen uit voor een systeem van heliumatomen die op elkaar inwerken volgens de wet van Coulomb. In de normale toestand, de atomen zijn neutraal en hebben geen interactie met elkaar. Om dit te laten gebeuren, het is noodzakelijk om het heliumatoom te ioniseren - dat wil zeggen, om een ​​elektron van het ion af te halen. Dan krijgt het atoom een ​​positieve lading. Hiervoor is wat energie nodig (de zogenaamde ionisatie-energie). De waarde ervan bepaalt de sterkte van de interactie van een ion met andere geladen deeltjes en het traject van zijn beweging in de ruimte.

"We hebben een aanpak ontwikkeld op basis van de variatiemethode, waarmee men het kwantumdrielichamenprobleem numeriek kan oplossen dat is gebonden aan de Coulomb-interactie, met bijna willekeurige precisie. Deze methode wordt gebruikt om de ionisatie-energieën van een heliumatoom te berekenen voor verschillende energieniveaus van willekeurig orbitaal impulsmoment. Onze aanpak toonde de effectiviteit en flexibiliteit aan in de studie van Coulomb-systemen. Verder, het verkrijgen van dergelijke waarden vereist geen gebruik van supercomputers, ", zegt co-auteur Vladimir Korobov van het Laboratorium voor Theoretische Fysica van het Gemeenschappelijk Instituut voor Nucleair Onderzoek.

In de klassieke mechanica, het drielichamenprobleem bestaat uit het bepalen van de banen van de beweging van drie objecten in de ruimte ten opzichte van elkaar. Dit probleem heeft geen algemene oplossing in de vorm van eindige functies voor trajecten; alleen bepaalde oplossingen worden gevonden voor bepaalde beginsnelheden en coördinaten. In de kwantummechanica, het drielichamenprobleem heeft ook geen analytische oplossing.

Zeer nauwkeurige berekeningsmethoden helpen bij het oplossen van veel fundamentele fysieke problemen - in de studies van exotische heliumatomen bestaande uit antiprotonen, elektronen en de heliumkern, bijvoorbeeld. Ze zijn van bijzonder belang omdat ze zeer nauwkeurige metingen van het energiespectrum van dit exotische systeem mogelijk maken en de theoretische resultaten vergelijken met die verkregen in experimenten. Hun resultaten zullen onderzoekers in staat stellen de aard van antimaterie beter te begrijpen en de kennis van de kwantumwereld te vergroten.