Natural widths and blackbody radiation induced shift and broadening of Rydberg levels in magnesium ions

Сдвиг И Уширение Циркулярных Состояний Атома Тепловым Излучением

“…Как видно из этого выражения, естественная ширина циркулярного состояния примерно в n 2 раз меньше ширин Ŵ sp nl ∝ n −3 состояний с малыми орбитальными моментами l << n [6,7], что способствует возможности экспериментального наблюдения и практического использования состояний с максимально возможными орбитальными моментами. При этом ридберговские состояния обладают высокой чувствительностью к слабым внешним полям, в том числе и к полю теплового излучения окружающей среды.…”

“…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]:…”

“…По этой же причине вклад вероятности ионизационных переходов в состояния непрерывного спектра Ŵ ion n в полную вероятность возбуждений состояний с энергией E exc > E n становится экспоненциально малым [7], и при n > 10 не влияет на первые 7 десятичных значащих цифр, определяющих полную ширину циркулярного ридберговского состояния Ŵ tot n (T ) = Ŵ sp n + Ŵ d n (T ) + Ŵ e n (T ) + Ŵ ion n (T ). Заметим, что выражение для матричного элемента (5) дипольного перехода из циркулярного состояния вниз на смежную циркулярную орбиту получается из (17), если положить p = −1 и использовать стандартные соотношения для символа Похгаммера (a + p)(a) p = (a) p+1 и (a) 0 = 1, а также для факториала p!…”

“…Состояния с энергией, не удовлетворяющей указанным неравенствам, дают положительный вклад в ε BBR n . Следует обратить внимание на существенное количественное и качественное отличие процедур и результатов численных расчетов сумм бесконечного ряда по состояниям дискретного спектра и интегралов по непрерывному спектру атома в выражении (29) для циркулярных состояний с l = n − 1 от расчетов для состояний с малыми орбитальными моментами l ≪ n. Подробный анализ вкладов дискретных состояний и континуума в суммы сил осцилляторов, в суммы моментов сил осцилляторов и в термоиндуцированные сдвиги состояний с малыми орбитальными моментами представлен в работах [7] и [18]. Для циркулярных состояний с большими n вклад непрерывного спектра определяется экспоненциально малыми матричными элементами (28) ионизационного перехода.…”

“…Другим примером практического использования ридберговских состояний в атомах может служить прецизионное определение температуры теплового излучения окружающей среды по температурной зависимости положения и ширины уровней на энергетической шкале [5]. В этой связи именно циркулярные состояния, обладающие наименьшей естественной шириной и наибольшей восприимчивостью к внешним возмущающим полям (в частности, максимальными численными значениями поляризуемостей, гиперполяризуемостей и констант вандер-ваальсова взаимодействия [6][7][8]), могут быть наиболее полезными из всего набора состояний с заданным главным квантовым числом. Поэтому основным объектом настоящей работы являются ридберговские состояния с фиксированным главным и максимальными орбитальным и магнитным квантовыми числами.…”