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静止磁场中两体中性库仑系统:从氢原子到 positronium

量子物理 2022-04-20 v3 高能天体物理现象 数学物理 math.MP 原子物理

摘要

针对静止于恒定均匀磁场中、具有不同质量(q,m1)(-q,m_1)(q,m2)(q,m_2)的两个库仑电荷组成的{\it 中性}系统,我们为正宇称和负宇称态,即分别为(1s0){(1s_0)}(2p0){(2p_0)},构造了无节点波函数的简单局部精确一致近似。结果表明,通过固定其中一个物体的质量和电荷,所有具有不同第二物体质量的系统相互关联。这允许将第二物体视为无限大质量,并将此类系统作为基本系统。我们详细考虑了三种物理系统:质子(氘核、氚核)质量(无)穷大的氢原子以及电子偶素原子(e,e)(-e,e)。我们推导了分别描述小距离和大距离区域的Riccati-Bloch方程和广义Bloch方程。基于波函数对数在小距离和大距离行为的插值,提出了一个紧凑的10参数函数。作为变分试探函数,它在整个所考虑的磁场域[0,104][0\,,\,10^4] a.u.内为总能量提供不低于6位有效数字(s.d.)(相对偏差106\lesssim 10^{-6})的精度,并为四极矩QzzQ_{zz}提供不低于3位有效数字的精度。为获取参考点,使用了具有16K网格点的拉格朗日网格法,在从小到大大磁场下得到能量从10到6位有效数字。基于Riccati-Bloch方程,计算了能量的前100个微扰系数(以有理数形式),并利用Pad\'e-Borel重求和过程,在磁场1\leq 1\,a.u.下以不低于10位有效数字的精度求得能量。

关键词

引用

@article{arxiv.2012.00044,
  title  = {Two-body neutral Coulomb system in a magnetic field at rest: from Hydrogen atom to positronium},
  author = {J. C. del Valle and A. V. Turbiner and Adrian M Escobar Ruiz},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2012.00044},
  year   = {2022}
}

备注

post-publication version: 51 pages, 8 tables (one new), 5 figures, 3 appendices; several important typos corrected, extra table, clarifications added -- all is published in erratum: Phys.Rev.A 105, 049901 (2022)