Blackbody-radiation-induced shifts and the broadening of Rydberg states in the ions of group IIa elements

Abstract

The rates of blackbody-radiation(BBR)-induced transitions from excited nS, nP, nD and nF states into bound states and into continua of the group IIa ions Ca+, Sr+, Ba+ at temperatures from T = 100 K to T = 3000 K are calculated in consecutive comparison of the Fues model potential (FMP) with quantum defect method (QDM). The temperature and binding-energy dependencies are determined and analytical asymptotic approximations are proposed for evaluating numerically the contributions of the bound states and continua to the Rydberg-level widths and positions. The general properties of n-dependence at the threshold and regularities of above-threshold ionization cross sections for states with high principal quantum numbers n are used for determining the rates of BBR-induced ionization. Relations are determined between deviations from general regularities for the sum rules of oscillator- strengths and specific non-local dependence of the FMP on optical-electron angular momentum. The QDM appears preferable in comparison with the FMP approach for calculating the amplitudes of radiation transitions from Rydberg states, and specifically sums of matrix-element-dependent terms over very large (in particular, infinite) numbers of discrete states. The fractional (related to natural decay) rates of BBR-induced decay into lower bound states, excitation into upper bound states and ionization transitions into the continuum are presented asymptotically with parameters tabulated for the S, P, D and F Rydberg states.

Сдвиг И Уширение Циркулярных Состояний Атома Тепловым Излучением

“…В области интересных для практики температур для оценки штарковской энергии взаимодействия атома с полем теплового излучения достаточно ограничиться квадратичными по напряженности поля эффектами, определяемыми поляризуемостью атомных уровней. В силу хаотичности направления и поляризации действующего на атом теплового излучения эта энергия определяется только скалярной частью тензора дипольной динамической поляризуемости [7,10]:…”

“…Мнимая часть энергии (8) определяется суммарной вероятностью индуцированных тепловым излучением радиационных переходов из циркулярного состояния в состояния дискретного и непрерывного спектров. Частоты таких переходов определяются аргументами δ-функций Дирака из правой части выражения (10). В частности, слагаемое, соответствующее радиационному распаду и обращающее в нуль аргумент δ-функции Дирака на частоте теплового фотона…”

“…работающего практически только при условии n 3 k B T ≫ 10. Для этого можно использовать полиномиальное приближение вида [10]…”