Исследования неупругих процессов при литий-водородных столкновениях строгими квантовыми стационарным и нестационарным методами

Моделирование атмосфер звёзд в условиях отклонения от локального термодинамического равновесия является важным инструментом для проведения астрофизических исследований [1]. Для корректного моделирования необходимо использовать достоверные атомные данные, определяющие характеристики газовых и плазменных сред.

Доклад посвящён расчётам атомных данных (сечений и констант скоростей) для процессов взаимной нейтрализации, образования ионной пары, возбуждения и девозбуждения (гашения/тушения/снятия возбуждения), происходящих при столкновениях атомов и ионов лития с атомами и ионами водорода, точными квантовыми стационарным и нестационарным методами.

Для исследований атомных столкновений разработано большое число квантовых методов и подходов. Наиболее распространённым является подход Борна-Оппенгеймера. В рамках данного подхода выделяют два этапа: 1) расчёт электронной структуры рассматриваемой молекулы; 2) исследование неадиабатической ядерной динамики. Для каждого этапа существуют как строгие квантовые, так и приближённые модельные методы. Данный доклад фокусируется на втором этапе подхода Борна-Оппенгеймера.  

Наиболее точными и полными исследованиями электронных структур молекул являются строгие квантовохимические расчёты из первых принципов (ab initio). Среди работ, применяющих данный подход для расчёта электронной структуры молекулы LiH, выделяется статья [2], в которой выполнен расчёт 8 диабатических потенциальных энергий (7 ковалентных и 1 ионный терм) и недиагональных матричных элементов неадиабатической связи. Эти данные легли в основу настоящего исследования. 

Решение задачи ядерной динамики для рассматриваемой системы неоднократно проводилось различными методами (модельными, строгими квантовыми, смешанными). Тем не менее, к настоящему времени полный набор атомных данных, полученных строгими квантовомеханическими методами, имеется лишь для процессов взаимной нейтрализации. 

Таким образом, в рамках данной работы рассматриваются:

1) Решение нестационарного уравнения Шрёдингера (системы связанных дифференциальных уравнений) методом волнового пакета для процессов взаимной нейтрализации, расчёты сечений и констант скоростей. 2) Решение стационарного уравнения Шрёдингера (системы связанных дифференциальных уравнений) усовершенствованным перенормированным методом Нумерова для всех процессов (взаимная нейтрализации, образование ионной пары, возбуждение, девозбуждение (гашение/тушение/снятие возбуждения)), расчёт и анализ сечений и констант скоростей. 

3) Сравнение данных, полученных разными методами в рамках настоящей работы, а также с теоретическими [2, 3] и экспериментальными [4, 5] данными из литературы. 

4) Анализ эффективности различных подходов для исследований ядерной динамики и расчёта атомных данных.  

Статья по материалам данного исследования направлена в печать. Рассчитанные данные доступны по запросу.

Литература:

[1] M. Asplund, The Annual Review of Astronomy and Astrophysics 43, 481 (2005)

[2] H. Croft, A. S. Dickinson, and F. X. Gad´ea, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 32, 81 (1999).

[3] A. K. Belyaev and Y. V. Voronov, Physical Review A 104, 022812 (2021).

[4] T. Launoy at al. The Astrophysical Journal 883, 85 (2019).

[5] G. Eklund et al. Physical Review A 102, 012823 (2020).