Спектроскопія піонних атомів та ефекти сильної піон-нуклонної взаємодії

Автори: О.Ю. Хецеліус, І.М. Серга, Д.Є. Сухарев, А.М. Шахман

Рік: 2015

Випуск: 19

Сторінки: 195-200

Анотація

Представлено ефективний релятивістський підхід до опису енергетичних та спектральних характеристик піонних атомів, який базується на рівнянні Клейна-Гордона-Фока з оптимізованим оптичним потенціалом сильної піон-нуклонної взаємодії і методі релятивістської багаточастинкової теорії збурень (ТЗ) з гамільтоніаном “0” наближення Дірака-Брейта-Кона-Шема (наближення до формально точної КЕД ТЗ) і коректним урахуванням релятивістських, радіаційних КЕД ефектів, ядерних ефектів кінцевого розміру ядра плюс ядерної квадрупольної деформації, а також електрон-екранувального ефекту (електромагнітний блок). Затравочний потенціал взаємодії в системі представлений у вигляді суми оптичного потенціалу π–-N взаємодії, релятивістського кулонівського потенціалу, який описує взаємодію піона з ядром з урахуванням поправки Breit-Rosenthal-Crawford-Schawlow на кінцевий розмір ядра; узагальненого радіаційного потенціалу, що враховує основний КЕД ефект поляризації вакууму та ін., і самоузгодженого потенціалу виживших електронних оболонок. Для цілого ряду важких π–-А, у т.ч., π––181Ta,197Au,203Tl,208Pb,209Bi, отримані значення обумовлених сильною π–-N взаємодією, зміщень і ширин 4f,3d рівнів, включаючи поправку, пов’язану безпосередньо з ефектом ядерної квадрупольної деформації. Для ряду π–– А дані по зміщенням і ширинам рівнів у спектрі представлені вперше.

Теги: зміщення іняння Клейна-Гордона-Фока; оптичний потен ширини енергетичних рівні; оптичний потенціал π--N

Список літератури

  1. Yang F., Hamilton J.H. (Eds). Fundamentals of nuclear models. Singapore: World Scientific, 2010. 740 p.
  2. Marciano W., White S. (Eds). Electromagnetic Probes of Fundamental Physics. Singapore: World Scient, 2003. 560 p.
  3. Ericson T., Ericson T., Weise W. Pions and Nuclei. Oxford: Clarendon, 1988. 320 p.
  4. Deloff A. Fundamentals in Hadronic Atom Theory. Singapore: World Sci., 2003. 352 p.
  5. Scherer S. Introduction to Chiral Perturbation Theory. Advances in Nuclear Physics. Springer (Berlin), 2003, vol.27, pp. 5-50. (Eds: Negele J.W., Vogt E.W.).
  6. Anagnostopoulos D., Biri S., Boisbourdain V., Demeter M., Borchert G. et al. -PSI Low-energy X-ray standards from pionic atoms. Nucl. Inst. Methods B., 2003, vol.205, pp. 9-18.
  7. Itahashi K., Berg G., Fujioka H., Geissel H., Hayano R. et al. First pionic atom spectroscopy at RIBF. EPJ Web of Conf., 2012, vol.37, pp. 01013-01036.
  8. Glushkov A.V. Relativistic Quantum Theory. Quantum, mechanics of Atomic Systems. Odessa: Astroprint, 2008. 900 p.
  9. Khetselius O.Yu. Hyperfine structure of atomic spectra. Odessa: Astroprint, 2008. 210 p.
  10. Khetselius O.Yu. Relativistic perturbation theory calculation of the hyperfine structure parameters for some heavy-element isotopes. Int. Journ. of Quantum Chemistry, 2009, vol.109, no. 14, pp. 3330-3335.
  11. Glushkov A.V, Khetselius O.Yu., Loboda A.V, Shakhman A.N., Svinarenko A.A., Florko T.A. Frontiers in Quantum Methods and Applications in Chemistry and Physics. Springer, 2014, vol.33, pp. 71-94.
  12. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Svinarenko A.A. Relativistic theory of cooperative muon-gamma-nuclear processes: Negative muon capture and metastable nucleus discharge. Advances in the Theory of Quantum Systems in Chemistry and Physics. Springer, 2012, vol.22, pp. 51-70.
  13. Shakhman A.N. Relativistic theory of spectra of heavy pionic atoms with account of strong pion-nuclear interaction effects: new data for 175Lu, 205Tl, 208Pb. Photoelectronics, 2014, no. 23, pp. 71-75.
  14. Serga I.N., Dubrovskaya Yu.V., Shakhman A.N., Kvasikova A.S., Sukharev D.E. Spectroscopy of hadronic atoms: Energy shifts. Journal of Physics: C Ser. (IOP, London, UK), 2012, vol.397, pp. 012013-012018.
  15. Olaniyi B., Shor A, Cheng S., Dugan G., Wu C.S. Electric quadru-pole moments and strong interaction effects in piomic atoms of 165Ho, 175Lu, 176Lu,179Hf, 181Ta. Nucl.Phys.A., 1982, vol. 403, pp. 572-588.
  16. Erikcson M., Ericson T., Krell M. Peculiarities of the pion-nuclear interaction. Phys.Rev.Lett, 1969, vol.22, pp. 1189-1193.
  17. Ericson M., Ericson T. Optical properties of low-energy pions in nuclei. Ann. Phys., 1966, vol.36, pp. 323-362.
  18. Tauscher L. Analysis of pionic atoms and the π-nucleus optical potential. Proc.of the International Sem. “π-Meson Nucleus Interaction”. CNRS-Strasbourg (France), 1971, pp.45-68.
  19. Batty C.J., Biagi S.F., Friedman E., Hoath S.D. Shifts and widths of 2p levels in pionic atoms. Phys. Rev. Lett, 1978, vol.40, pp. 931-935.
  20. Batty C.J., Friedman E., Gal A. Saturation effects in pionic atoms and the π-nucleus optical potential. Nucl. Phys.A., 1983, vol.402, pp. 411-428.
  21. Seki R., Masutani К., Jazaki К. Unified analysis of pionic atoms and low-energy pion-nuclear scattering. Hybrid analysis. Phys. Rev.C., 1983, vol.27,. pp. 1817-2832.
  22. Rowe G., Salamon M., Landau R.H. Energy-dependent phase shift analysis of pion-nucleon scattering below 400 MeV. Phys. Rev. C., 1978, vol.18, pp. 584-596.
  23. Backenstoss G. Pionic atoms. Ann.Rev.Nucl.Sci., 1970, vol.20, pp. 467-510.
  24. Indelicato P., Trassinelli M. From heavy ions to exotic atoms. arXiv:physics, 2005, vol.1, pp. 0510126-0510141.
  25. Santos J., Parente F., Boucard S., Indelicato P. Desclaux J.X-ray energies of circular transitions and electron scattering in kaonic atoms. Phys.Rev.A., 2005, vol.71, pp. 032501.
  26. Mitroy J., Ivallov I.A. Quantum defect theory for the study of hadronic atoms. J. Phys. G. Nucl. Part. Phys, 2001, vol.27, pp. 1421–1433.
  27. Anagnostopoulos D., Gotta D., Indelicato P., Simons L.M. Low-energy X-ray standards from hydrogenlike pionic atoms. arXiv: physics, 2003, vol.1, pp. 0312090-0312097.
  28. Nagels M.M., de Swart J., Nielsen H. et al. Compilation of Coupling Constants and Low-Energy Parameters. 1976 Edition. Nucl.Phys.B., 1976, vol.109, pp. 1-90.
  29. Lauss B. Fundamental measurements with muons -View from PSI. Nucl.Phys.A., 2009, vol.827, pp. 401-407. PSI experiment R-98.01, http://pihydro gen.psi.ch
  30. CERN DIRAC Collaboration, “Search for long-lived states of π+    π– and π– K atoms”, CERN-SPSLC-2011-001 SPSLC-P-284-ADD. 2011. 22 p.
  31. CERN DIRAC Collaboration, „Status report of DIRAC for the SPSC meeting of March 2011”, CERN-SPSC-2011-013 ; SPSC-SR-081. 2011. 32 p.
  32. Itoh1 S., Berg G., Geissel H., Hayano R., Inabe Itahashi K. Precision spectroscopy of pionic atom at RIKEN-RIBF. Proc. of the XIV International Conference on Hadron Spectroscopy. Munich (Germany), 2011, p. 4.
  33. Ishiwatari T. Silicon drift detectors for the kaonic atom X-ray measurements in the SIDDHARTA experiment on behalf of the SIDDHARTA Collaboration. Nucl. Instr. and Methods in Phys. A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, 2007, vol.581, pp. 326-329.
Завантажити повний текст (PDF)