Geavanceerde wiskundige analyse van de ionisatie van een heliumatoom door een inslaand proton heeft onthuld waar discrepanties ontstaan ​​tussen experimenten en bestaande theoretische berekeningen van het proces

Wanneer een atoom wordt geraakt door een snel bewegend proton, een van zijn elektronen kan worden weggeslagen, waardoor een positief geladen ion achterblijft. Om dit proces te begrijpen, het is belangrijk voor onderzoekers om verdelingen te onderzoeken in de hoeken waaronder elektronen reizen wanneer ze worden weggeslagen. In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ D , M. Purkait en collega's van Ramakrishna Mission Residential College in India hebben duidelijk specifieke gebieden geïdentificeerd waar discrepanties ontstaan ​​tussen de hoekverdelingen gemeten in theorieën en experimenten.

De resultaten van het team kunnen leiden tot geavanceerdere berekeningen van dit ionisatieproces. Beurtelings, verbeterde theoretische technieken zouden kunnen worden toegepast op gebieden die zo breed zijn als plasmafysica, kanker therapie, en de ontwikkeling van nieuwe lasertechnologieën. Met de nieuwste experimentele technieken, natuurkundigen kunnen nu nauwkeurig meten hoe de hoekpaden van uitgezonden elektronen zullen variëren, afhankelijk van zowel de energie van het elektron, en het momentum overgedragen van het botsende proton. Deze verdelingen worden beschreven in berekeningen die 'volledig differentiële dwarsdoorsneden' (FDCS's) worden genoemd – die essentieel zijn voor het begeleiden van theoretische modellen van het ionisatieproces. Tot dusver, echter, theoretische berekeningen hebben vaak op onzekere manieren gecontrasteerd met experimenteel verkregen FDCS's.

In hun studie hebben Het team van Purkait onderzocht de ionisatie van een heliumatoom door een protoninslag. Omdat een heliumkern twee protonen en twee neutronen bevat, de onderzoekers bestudeerden het proces met behulp van een 'four-body distortioned wave' (DW-4B) benadering. Met deze gereedschapset ze konden de zeer complexe interacties die daarbij betrokken waren, benaderen met behulp van eenvoudigere wiskunde. Hierdoor konden ze het gedrag van het uitgezonden elektron en het inslaande proton in het elektrische veld van de heliumkern verklaren, en hoe de positie van de kern op zijn beurt wordt vervormd. Door hun resultaten te vergelijken met FDCS's gemeten in recente experimenten, het team ontdekte dat ze het redelijk goed eens waren bij hoge impactenergieën. Duidelijke discrepanties deden zich alleen voor voor hogere waarden van proton-elektron momentumoverdracht, en voor intermediaire energie-elektronen. Het team hoopt nu dat hun resultaten kunnen leiden tot verbeteringen aan theoretische technieken in toekomstig onderzoek.