高阶效应对光与原子相互作用过程中光电子精细结构谱影响的理论探索

For many-body problem in atoms (ions), the correction of high-order effects such as quantum electrodynamics (QED) is very important and has some effect on transition process. Especially for photoionization, such effects may have comparable contribution with dipole transition to the cross sections. This will change the evolution of the related transition process greatly. With the continuous improvement of the experimental measurement accuracy and the development of the many-body theory, it is possible to consider the influence of the high-order effect systematically when the atomic (ionic) photoionization process is studied deeply. The strict and high-precision theoretical calculations will be carried out on the few electron system. Then, on this basis, more complex atoms will be studyed latterly, and finally it is expected that a unified treatment of high-order effect on atom-light interaction process will be achieved. . Based on the multi-configuration Dirac-Fock method and the corresponding program, the present project will study the influences of various high-order effects on the atomic photoionization process in different energy ranges for different states. Furthermore, the mechanism of photoionization dynamics and important information carried by the photoelectron fine-structure spectrum will be investigate detailedlys in order to understand the performance of high-order effects in different physical conditions.

对原子（离子）的多体问题而言，高阶效应如量子电动力学（QED）效应等的修正非常重要，对其跃迁过程有一定影响。特别是对光电离截面的影响有时可达到与偶级跃迁可比较的量级，这将对相关过程产生重要影响。随着相关实验测量精度的不断提高和多体理论的发展，人们已有可能在对原子（离子）光电离过程进行深入研究时系统地考虑高阶效应的影响。我们将对少电子原子体系进行严格而高精度的理论计算，在此基础上进一步展开对较复杂原子的研究，并最终实现光-原子相互作用过程中高阶效应的统一处理。. 基于多组态Dirac-Fock方法及相应的计算程序，结合相关的实验和理论结果，研究各种高阶物理效应在不同能量范围内对原子（离子）不同态光电离过程的影响；分析其衰变动力学过程的物理机制，探索精细结构谱所携带的重要信息，以期解决不同条件下高阶效应的表现特征。

原子光电离即原子吸收光子能量后发射光电子的过程，是光-物质相互作用中最基本的过程之一。基于原子光电离振激伴线的突然近似思想，探索了该过程相关参量的变化规律，给出了一般情况下适合研究高阶效应的从头计算的思路及最优计算模型。通常入射光子只能与一个束缚电子相互作用，故吸收单光子的振激过程为电子-电子相互作用的结果。光子被吸收后，光电子的发射使平均自洽场发生突然变化，导致旁观电子在极短的弛豫时间内被激发到能量更高的空束缚轨道。考虑到末离子态的原子实与出射光电子间角动量的交换，适当包含初末态单电子轨道的重叠积分，可完全处理包括振激伴线在内的原子光电离过程。将该方法应用于钠、钾等原子体系，研究了高阶效应对不同量子态光电离过程的影响及光电子谱精细结构所蕴藏的重要物理信息；发现理论计算与实验测量吻合较好，从而检验了该优化方案的正确性。. 本项目得到的主要结论，包括光电离高阶效应的计算模型、理论计算谱的能量平移、核尺寸效应及Cooper极小等，对光-原子相互作用的量子信息及相关实验结果的分析具有一定的参考价值。