Спектроскопия пионных атомов и эффекты сильного пион-нуклонного взаимодействия

Авторы: О.Ю. Хецелиус, И.Н. Серга, Д.Е. Сухарев, А.Н. Шахман

Год: 2015

Выпуск: 19

Страницы: 195-200

Аннотация

Представлен эффективный релятивистский подход к описанию энергетических и спектральных характеристик пионного атомов, основанный на уравнении Клейна-Гордона-Фока с оптимизированным оптическим потенциалом сильного пион-нуклонного взаимодействия и методе релятивистской многочастичной теории возмущений с гамильтонианом «0» приближения Дирака- Брейта-Кона-Шема (приближение к формально точной КЭД теории возмущений) и корректным учетом релятивистских, радиационных КЭД эффектов, ядерных эффектов конечного размера ядра плюс ядерной квадрупольной деформации, а также электрон-экранирующего эффекта (электромагнитный блок). Затравочный потенциал взаимодействия в системе представлен в виде суммы оптического потенциала — N взаимодействия, релятивистского кулоновского потенциала, описывающего взаимодействие пиона с ядром с учетом поправки Breit-Rosenthal-Crawford-Schawlow на конечный размер ядра; обобщенного радиационного потенциала, учитывающий основной КЭД эффект поляризации вакуума и др., и самосогласованного потенциала выживших электронных оболочек. Для целого ряда тяжелых π—— А, у т.ч., π——181Ta,197Au,203Tl,208Pb,209Bi, и др. представлены значения обусловленных сильной π—— N взаимодействием смещений и ширин 4f, 3d уровней, включая поправку, связанную непосредственно с эффектом ядерной квадрупольной деформации. Для ряда π—— А данные по смещениям и ширинам уровней в спектре представлены впервые.

Теги: обусловленные сильным π-- N взаимодействием; оптический потенциал π-- N взаимодействия; смещения и ширины энергетических уровней; уравнение Клена-Гордона-Фока

Список литературы

  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.
Скачать полный текст (PDF)