陳展斌 董晨鐘

1)(西北師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院,蘭州 730070)

2)(湖南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院,株洲 412007)

3)(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)院,長沙 410073)

(2018年2月10日收到；2018年7月19日收到修改稿)

1 引 言

近些年來,高分辨率和高靈敏度的激光光譜技術(shù)的發(fā)展為人們探究超精細(xì)結(jié)構(gòu)開啟了一個(gè)嶄新的窗口,使得一些復(fù)雜原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)效應(yīng)的研究成為可能.例如,同位素位移效應(yīng)[1]、核自旋引起的超精細(xì)猝滅效應(yīng)[2]以及宇稱不守恒效應(yīng)[3]等.考慮到超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)后,原子體系的角動(dòng)量F將由電子的總角動(dòng)量J和原子核的角動(dòng)量I耦合而成,即F=I+J.不同于精細(xì)結(jié)構(gòu)情況下的總角動(dòng)量J,此時(shí)原子體系能級(jí)之間的躍遷選擇定則由體系總角動(dòng)量F描述.這將導(dǎo)致在某些情況下,在精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上選擇定則禁戒的躍遷也可能發(fā)生.實(shí)驗(yàn)上,Wada等[4]通過對(duì)7Be+超精細(xì)光譜的高精度測量,確定了7Be+核的磁偶極矩.Brandau等[5]在儲(chǔ)存環(huán)上利用電子與高離化態(tài)離子碰撞的方法測定了Nd57+的同位素偏移,進(jìn)而得到了相應(yīng)的原子核半徑.Trotsenko等[6]在類鋰U89+離子雙激發(fā)態(tài)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),一些禁戒躍遷的概率隨著原子序數(shù)增大,甚至變?yōu)橹饕耐思ぐl(fā)通道.理論方面,Yu等[7]利用相對(duì)論多體理論計(jì)算了43Ca+和87Sr+中的超精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù),并探討了極化效應(yīng)和關(guān)聯(lián)效應(yīng)的影響.Sahoo[8]利用相對(duì)論耦合簇理論計(jì)算得到了高精度Ba+離子5d2D3/2態(tài)和5d2D5/2態(tài)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù),并分析了核極化效應(yīng)的影響.Cheng等[9]利用相對(duì)論多組態(tài)模型計(jì)算了類鈹離子(Z=6—92)超精細(xì)誘導(dǎo)2s2p3P0→2s21S0的躍遷概率,并與實(shí)驗(yàn)測量進(jìn)行了比較.其他有關(guān)報(bào)道見文獻(xiàn)[10—14].

考慮原子核的性質(zhì)后,電子、光子和離子等粒子與高離化態(tài)原子的碰撞動(dòng)力學(xué)過程也將受到影響.例如,Zolotorev和Budkes[15]討論了在儲(chǔ)存環(huán)上開展研究宇稱不守恒實(shí)驗(yàn)研究的可行性.Henderson等[16]通過測量類氦Sc19+離子退激發(fā)輻射X射線的線性極化度,發(fā)現(xiàn)超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)極大地影響了譜線的極化特性.Gumberidze等[17]測量了裸鈾離子在輻射復(fù)合過程輻射的X射線光譜,并確定了類氫U91+離子基態(tài)的Lamb位移.James等[18]從實(shí)驗(yàn)上測量了電子碰撞激發(fā)氫原子的截面以及退激發(fā)光譜的線性極化度,并利用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了擬合.Dubau等[19]利用相對(duì)論扭曲波方法估算了超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)類氦Sc19+退輻射X射線的線性極化度的影響,發(fā)現(xiàn)超精細(xì)結(jié)構(gòu)相互作用具有較強(qiáng)的去極效應(yīng).

事實(shí)上,電子與高離化態(tài)離子碰撞激發(fā)中輻射躍遷光譜極化和角向特性的研究,為人們探究強(qiáng)庫侖場中各種物理效應(yīng)提供了重要的路徑[20?22].我們之前也已開展過一些研究工作[23?30],然而就我們所知,目前電子碰撞激發(fā)的研究大部分集中在精細(xì)結(jié)構(gòu)層次,超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上的研究工作較少.此外,由于大部分研究采取非極化電子入射,有關(guān)退激輻射過程的報(bào)道只涉及光譜的線性極化特性.例如,Bensaid等[22]研究了非極化電子碰撞激發(fā)類氦205Tl79+離子1s21S0→1s2p3P2過程以及退激發(fā)過程中E1-M2干涉效應(yīng)對(duì)光譜線性極化度的影響.由極化電子與高離化態(tài)離子碰撞引起的輻射光譜圓極化度的研究非常匱乏.

本文在相對(duì)論多組態(tài)Dirac-Fock方法和密度矩陣?yán)碚摰幕A(chǔ)上,利用發(fā)展的處理縱向極化電子碰撞激發(fā)的程序,系統(tǒng)研究了超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)縱向極化電子碰撞激發(fā)過程以及退激發(fā)輻射光譜圓極化特性的影響.計(jì)算了縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦Sc19+和205Tl79+離子1s21S0→1s2p3P2精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上的碰撞強(qiáng)度,進(jìn)而轉(zhuǎn)化得到了超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上MF能級(jí)的碰撞強(qiáng)度,并在超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上考察了輻射衰變過程中發(fā)出特征光子的極化特性.隨后,分析了E1-M2量子干涉效應(yīng)對(duì)相關(guān)譜線極化特性的貢獻(xiàn),并研究了電子-電子間相互作用的相對(duì)論修正(即Breit相互作用)對(duì)碰撞激發(fā)過程及退激發(fā)輻射光子極化特性的影響.

2 理論模型

考慮到處于激發(fā)態(tài)的原子發(fā)生輻射躍遷,從較高的?iJiMi態(tài)到低的?fJfMf態(tài),其中?表示惟一描述激發(fā)態(tài)所需的除JM之外的量子數(shù),由密度矩陣?yán)碚摽芍?原子系統(tǒng)與電磁場的相互作用勢V的躍遷矩陣元?iJiMi→?fJfMf可以展開成電和磁多極組分,表示為[22]

ω為發(fā)射光子的能量,Λ(π)取值0和1,分別表示電和磁多極. ??fJf||Q(jπ)||?iJi?為多極矩算符Q(jπ)下的矩陣元.躍遷概率表示為

自然地,所有滿足選擇定則的躍遷都包含在(1)式中.

光子的密度矩陣可以寫為[22]

式中,純的電偶極(E1)躍遷和磁四極(M2)躍遷以及干涉項(xiàng)的貢獻(xiàn)都清楚地分離開來.進(jìn)一步,極化參量可以表示為[22]

限于篇幅,具體表達(dá)式見文獻(xiàn)[22].超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上,需將超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)上占據(jù)數(shù)NMF替換NMi.轉(zhuǎn)化公式為

式中,I為核自旋,F為系統(tǒng)總角動(dòng)量,?MJ為精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上磁量子數(shù)M的激發(fā)強(qiáng)度.

在目前的計(jì)算中,我們使用發(fā)展的全相對(duì)論扭曲波程序來計(jì)算精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上縱向極化電子碰撞激發(fā)截面及相關(guān)的輻射線圓極化特性,相關(guān)理論及計(jì)算流程在文獻(xiàn)[23—30]中已有介紹.相對(duì)論散射矩陣元如下

式中,碰撞體系初、末態(tài)反對(duì)稱化的波函數(shù)分別為|αiPiJiMi,εiki；J?和 ?αfPfJfMf,εfkf；J|,Vcoul表示Coulomb算符,具體形式如下:

rqp表示任意兩個(gè)單電子間的距離；VBreit表示Breit相互作用算符,具體形式如下:

3 結(jié)果與討論

在前期工作的基礎(chǔ)上[23?30],我們進(jìn)一步編寫了相應(yīng)的代碼拓展到超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次.其中,靶態(tài)離子波函數(shù)的計(jì)算由相對(duì)論原子結(jié)構(gòu)程序包GRASP92得到,連續(xù)電子波函數(shù)由RATIP程序包的子程序COWF計(jì)算得到.在電子碰撞激發(fā)截面的計(jì)算中,為了保證計(jì)算的收斂,我們?nèi)∽畲蠓植〝?shù)κ=90.在目前的工作中,我們考慮了高離化態(tài)類氦Sc19+離子和205Tl79+離子,選擇這兩個(gè)離子作為研究對(duì)象的原因在于:1)Sc19+離子具有較大的核自旋(I=7/2),由于原子序數(shù)較低,一些高階效應(yīng)相對(duì)較小,因而可以較容易地反映超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響；2)相比于Sc19+離子,205Tl79+離子具有較大的原子序數(shù)和較小的核自旋(I=1/2),相對(duì)論效應(yīng),量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)等顯著,為我們分析和探討高階物理效應(yīng)提供了條件；3)早期已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)測量了其電子碰撞激發(fā)過程及退激發(fā)輻射光譜的極化特性,便于比較,同時(shí)也能對(duì)我們發(fā)展的計(jì)算程序進(jìn)行檢驗(yàn).

3.1 輻射躍遷分支比

表1給出了高離化態(tài)類氦Sc19+離子和205Tl79+離子在1s2p3P2→1s21S0超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上不同F(xiàn)能級(jí)退激到基態(tài)的電偶極E1躍遷概率以及電偶極E1和磁四極M2躍遷的分支比,同時(shí)與文獻(xiàn)[22]中的結(jié)果進(jìn)行了比較.注意到,由于還存在著其他高階的躍遷,因而表中各F能級(jí)電偶極E1和磁四極M2分支比之和并不等于1.我們的計(jì)算與早期文獻(xiàn)中的結(jié)果符合得非常好.對(duì)于Sc19+離子,核自旋I=7/2,與電子總角動(dòng)量J=2耦合后將出現(xiàn)5個(gè)F能級(jí).對(duì)于205Tl79+離子,核自旋I=1/2,耦合后將出現(xiàn)兩個(gè)F能級(jí).從表1中可以看到,除占主導(dǎo)的磁四極M2躍遷概率顯著大于電偶極E1躍遷外,不同F(xiàn)能級(jí)到基態(tài)的躍遷并不呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性.對(duì)于Sc19+離子,Ff=7/2→Fi=5/2能級(jí)之間的躍遷純磁四極與純電偶極RM2/RE1的比率為2.673,而Ff=7/2→Fi=7/2能級(jí)之間的躍遷純磁四極與純電偶極RM2/RE1的比率為1.502.

表2和表3分別給出了縱向極化電子在不同入射能量下與高離化態(tài)類氦Sc19+離子和205Tl79+離子1s21S0→1s2p3P2的碰撞激發(fā)強(qiáng)度.計(jì)算中我們忽略了超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)靶態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,同時(shí)散射矩陣元中沒有考慮Breit相互作用的貢獻(xiàn).從表2可以看到,對(duì)于氦Sc19+離子的激發(fā)過程,在較低的入射能量下,磁量子能級(jí)Mf=1的碰撞強(qiáng)度最大,Mf=?2的最小,隨著入射能量的增大,各磁量子能級(jí)強(qiáng)度逐漸減小.205Tl79+離子的計(jì)算結(jié)果與Sc19+離子的情況類似,呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律.

表1 類氦Sc19+離子和205Tl79+離子1s2p3P2→1s2 1S0不同超精細(xì)組分能級(jí)E1躍遷概率以及E1和M2躍遷的分支比 (a[b]=a×10b)Table 1.Branching ratios RE1and RM2for the E1 and M2 decay channels occurring in each hyper fine component 1s2p3P2→1s2 1S0for both ions Sc19+and205Tl79+.The calculated transition probabilities AE1from the different F-sublevels are also given(a[b]means a×10b).

表2 縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦Sc19+離子1s2 1S0→ 1s2p3P2在不同磁子能級(jí)碰撞強(qiáng)度(X為閾值能量單位)(a[b]=a×10b)Table 2.Calculated collision strengths for longitudinally-polarized EIE of He-like Sc19+ions from the ground level 1s2 1S0to each magnetic sublevels of the 1s2p3P2level(X is the threshold energy unit)(a[b]means a×10b).

表3 縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦205Tl79+離子1s2 1S0→ 1s2p3P2在不同磁子能級(jí)碰撞強(qiáng)度(X為閾值能量單位)(a[b]=a×10b)Table 3.Calculated collision strengths for longitudinally-polarized EIE of He-like205Tl79+ions from the ground level 1s2 1S0to each magnetic sublevels of the 1s2p3P2level(X is the threshold energy unit)(a[b]means a×10b).

利用表2和表3,我們進(jìn)一步將磁量子能級(jí)|Mf|上的碰撞強(qiáng)度轉(zhuǎn)化到超精細(xì)能級(jí)|MF|上,轉(zhuǎn)化的的結(jié)果分別列在表4和表5中(X為閾值能量單位).不難發(fā)現(xiàn),在不同能量情況下,從基態(tài)激發(fā)到超精細(xì)能級(jí)MF的強(qiáng)度并不相同,隨著能量的增大,超精細(xì)能級(jí)MF的強(qiáng)度逐漸減小.此外,由同一角動(dòng)量F不同超精細(xì)MF能級(jí)之間轉(zhuǎn)化的碰撞強(qiáng)度也不一樣.例如,對(duì)于類氦Sc19+離子的碰撞激發(fā)過程,角動(dòng)量F=11/2,MF=11/2,7/2,5/2,3/2能級(jí)的碰撞強(qiáng)度較大,而MF=?11/2上的碰撞強(qiáng)度為0.對(duì)于角動(dòng)量F=9/2,MF=9/2,7/2,5/2能級(jí)的碰撞強(qiáng)度較大,MF=?7/2能級(jí)的碰撞強(qiáng)度最小.這說明,碰撞激發(fā)過程中,縱向極化電子在超精細(xì)能級(jí)層次上的布局情況并不相同,可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于給定的角動(dòng)量F,縱向極化電子優(yōu)先占據(jù)MF較大的幾個(gè)能級(jí)上,而在MF較小能級(jí)的占據(jù)相對(duì)較小.其原因在于電子的方向性導(dǎo)致了這些激發(fā)的離子成行排列,引起了不同能級(jí)的優(yōu)先集居.

表4 與表2類似,但是對(duì)于MF超精細(xì)能級(jí)Table 4.The same as in table 2,but for the different MFof hyperfine sublevels.

表5 與表3類似,但是對(duì)于MF超精細(xì)能級(jí)Table 5.The same as in table 3,but for the different MFof hyperfine sublevels.

3.2 超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)圓極化的影響

表6給出了縱向極化電子碰撞類氦Sc19+離子(核自旋I=7/2,Fi=7/2)在1s2p3P2Ff→1s21S0Fi過程中不同超精細(xì)能級(jí)退激到基態(tài)輻射光子的圓極化度隨入射能量的變化關(guān)系.為了便于比較,表中同時(shí)給出了Inal等[20]的理論結(jié)果.可以看到,不同超精細(xì)能級(jí)F組分上的圓極化度并不相同,同時(shí)各超精細(xì)能級(jí)F組分上輻射衰變的類型也不一樣.以近閾值入射能量320 Ry為例,末態(tài)Ff=3/2→ Fi=7/2和Ff=11/2→Fi=7/2的輻射衰變均以磁四極M2躍遷占主導(dǎo),所得的圓極化度Pc分別為0.1489和0.3872,而Ff=5/2,7/2,9/2→Fi=7/2的輻射衰變過程既滿足磁四極M2躍遷同時(shí)也滿足電偶極E1躍遷,且E1躍遷的概率相對(duì)較大,計(jì)算的磁四極M2躍遷圓極化度Pc分別為0.1063,0.1308和0.2797.因而,統(tǒng)計(jì)權(quán)重后,可以得到高電荷態(tài)類氦Sc19+離子(核自旋I=7/2)在1s2p3P2→1s21S0躍遷輻射衰變過程中最終所輻射出光子的圓極化度Pc=0.243,對(duì)比于精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上1s2p3P2→1s21S0磁四極M2躍遷輻射衰變的圓極化度Pc=0.891(由表2計(jì)算得到),超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得該線圓極化度減少了近72%,具有非常強(qiáng)的去極效應(yīng).這些結(jié)果與Inal等[20]利用扭曲波理論計(jì)算的結(jié)果符合得非常好.此外,除主要的電偶極禁戒M2(磁四極)躍遷之外,超精細(xì)結(jié)構(gòu)還誘導(dǎo)了某些電偶極E1躍遷的發(fā)生,且電偶極E1躍遷占有較大分支比,是重要的衰變通道之一.例如,對(duì)于Ff=5/2→ Fi=7/2和Ff=7/2→Fi=7/2的躍遷過程,超精細(xì)誘導(dǎo)的電偶極E1躍遷光譜的的圓極化度分別為0.0306和0.0392.約為磁四極躍遷機(jī)制下的3%左右.而對(duì)于Ff=9/2→ Fi=7/2的E1躍遷,超精細(xì)誘導(dǎo)的電偶極E1躍遷光譜的的圓極化度達(dá)到了0.3138,超過了該線磁四極M2躍遷機(jī)制下的圓極化度0.2797.究其原因,還是核自旋破壞了精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上總角動(dòng)量守恒,誘導(dǎo)了新的躍遷光譜.

表6 超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上類氦Sc19+離子1s2p3P2Ff→1s2 1S0Fi的圓極化度(%)Table 6.The circular polarization(%)of the 1s2p3P2Ff→1s2 1S0Fihyperfine-induced transition for He-like Sc19+ions following longitudinally polarized EIE process.

3.3 干涉效應(yīng)對(duì)圓極化度的影響

任何一種躍遷概率占到總躍遷概率的1%時(shí),不同躍遷類型振幅之間將會(huì)發(fā)生量子干涉.為了探討超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上E1-M2干涉效應(yīng)對(duì)輻射光子圓極化度的影響,我們在表6中給出了Ff=5/2,7/2,9/2組分的考慮干涉效應(yīng)的結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)權(quán)重后的結(jié)果.作為比較,同時(shí)給出了Inal等[20]利用扭曲波計(jì)算的結(jié)果.可以看到,當(dāng)縱向極化電子以近閾值能量320 Ry入射時(shí),對(duì)于超精細(xì)組分Ff=5/2→Fi=7/2之間的躍遷過程,E1?M2干涉效應(yīng)使得退激發(fā)輻射光譜圓極化度由0.1063變?yōu)?0.0668,減小了近40%,同時(shí)導(dǎo)致了符號(hào)發(fā)生相反的情況,具有較強(qiáng)的去極化效應(yīng).然而,對(duì)于超精細(xì)組分Ff=7/2→Fi=7/2之間的躍遷,E1-M2干涉效應(yīng)使得圓極化度從0.1308變?yōu)?.1698,增大了近23%.因此,不難看出,占主導(dǎo)的磁四極M2躍遷通道和由超精細(xì)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的電偶極E1躍遷通道之間的量子干涉效應(yīng)既能增大也能減少輻射光譜的極化度.這一現(xiàn)象與近期Surzhykov等[21]研究輻射電子俘獲機(jī)制下形成的類氦離子1s2p3/21,3P2→1s21S0躍遷線非常類似.此外,我們發(fā)現(xiàn),E1-M2干涉效應(yīng)對(duì)縱向極化電子的能量并不敏感.例如,在近3倍閾值能量時(shí),干涉效應(yīng)使得超精細(xì)組分Ff=5/2→Fi=7/2之間的躍遷輻射光子的圓極化度從0.0985變?yōu)?0.0546,減小了近43%,而使得超精細(xì)組分Ff=7/2→Fi=7/2之間的輻射光子的圓極化度從0.1248變?yōu)?.1555,增大了近20%.這些貢獻(xiàn)的大小與近閾值入射能量320 Ry情況下基本相同.由此可見,干涉效應(yīng)導(dǎo)致光譜極化的加強(qiáng)或減弱依賴于特定的躍遷類型和初末態(tài)總角動(dòng)量.另一方面,可以看到,考慮超精細(xì)結(jié)構(gòu)各組分統(tǒng)計(jì)權(quán)重后縱向極化電子碰撞類氦Sc19+離子(核自旋I=7/2,Fi=7/2)在1s2p3P2Ff→1s21S0Fi過程中的結(jié)果與Inal等[20]的計(jì)算結(jié)果符合得非常好.

3.4 Breit相互作用效應(yīng)對(duì)圓極化度的影響

圖1 E1-M2量子干涉效應(yīng)對(duì)退激發(fā)輻射X射線光子極化特性的影響Fig.1.Influence of E1-M2 quantum interference on the polarization of the X-ray photoemission.

為了更清晰地反映超精細(xì)層次上E1-M2量子干涉效應(yīng)對(duì)退激發(fā)輻射X射線光子極化特性的影響,圖1給出了縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦205Tl79+離子1s2p3P2→1s21S0過程中超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度隨入射電子能量的變化關(guān)系.圖中,NB表示僅包括庫侖排斥相互作用時(shí)的相對(duì)論計(jì)算結(jié)果,B表示包括庫侖和Breit相互作用時(shí)的相對(duì)論計(jì)算結(jié)果.由圖1(a)可見,在純電偶極E1躍遷情況下,超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→ Fi=1/2退激發(fā)輻射光子具有較大的圓極化度,且隨著入射電子能量的增大保持不變,這些特征與Inal等[20]在精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上對(duì)類氦Fe24+離子1s2p3P2→1s21S0磁四極M2線研究得到的結(jié)論非常相似.在他們的研究中該線近乎于完全圓極化,且不依賴縱向極化電子的能量.E1-M2干涉效應(yīng)使得超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度減小到0.3左右,相對(duì)于純電偶極E1躍遷圓極化度0.7減少了近55%,相對(duì)于純磁四極M2躍遷圓極化度0.5減小了近40%.此外,為了評(píng)估E1-M2之間干涉項(xiàng)的貢獻(xiàn),在圖1中我們還給出了不考慮干涉項(xiàng)E1-M2統(tǒng)計(jì)權(quán)重后的計(jì)算結(jié)果,其圓極化度曲線處于純E1躍遷和純M2躍遷之間為0.53.不難看出,E1-M2干涉效應(yīng)導(dǎo)致圓極化度的減小很大程度上依賴于E1-M2之間的干涉相互作用.事實(shí)上,對(duì)于中性原子及高電荷態(tài)離子,要獲得準(zhǔn)確的碰撞動(dòng)力學(xué)過程的信息,在計(jì)算中除了包括電子間的靜電庫侖排斥相互作用,還必須包括電子間的磁相互作用和延遲效應(yīng)貢獻(xiàn).為了探討B(tài)reit相互作用效應(yīng)在超精細(xì)層次上對(duì)退激發(fā)輻射X射線光子極化特性的影響,我們在躍遷矩陣元中加入了Breit相互作用算符,并計(jì)算了磁子能級(jí)碰撞強(qiáng)度進(jìn)行了相應(yīng)的轉(zhuǎn)化.圖1(b)給出了考慮Breit相互作用后,縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦205Tl79+離子1s2p3P2→1s21S0過程中超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→ Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度隨入射電子能量的變化關(guān)系.結(jié)合圖1(a)可以看出,這兩種計(jì)算情況下的碰撞激發(fā)總截面都隨入射電子能量的增加以相似的方式緩慢減小.Breit相互作用使得不同類型躍遷對(duì)應(yīng)的圓極化度在目前能區(qū)內(nèi)都減小,同時(shí)兩種情況下的差別隨著極化電子能量的增加變得越來越明顯.例如,在閾值附近,Breit相互作用效應(yīng)使得純電偶極E1躍遷的圓極化度由0.7減少到0.5,使得純磁四極M2躍遷的圓極化由0.48減少到0.22.另一方面,Breit相互作用效應(yīng)對(duì)考慮干涉效應(yīng)后的結(jié)果也產(chǎn)生了重要影響.使得考慮超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度由0.3進(jìn)一步減少到0.1.這些變化規(guī)律意味著在高能電子與高Z離子的碰撞激發(fā)過程研究中,Breit相互作用必須予以考慮.

4 結(jié) 論

利用相對(duì)論多組態(tài)Dirac-Fock方法和密度矩陣?yán)碚?系統(tǒng)研究了超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)退激發(fā)輻射光子圓極化特性的影響. 計(jì)算了縱向極化電子碰撞激發(fā)類氦Sc19+和205Tl79+離子在1s21S0→ 1s2p3P2過程中精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上的碰撞強(qiáng)度,進(jìn)而轉(zhuǎn)化得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)層次上的MF磁子能級(jí)布局情況.獲取了不同超精細(xì)能級(jí)之間輻射衰變過程中發(fā)出的特征光子的極化特性,同時(shí)討論了超精細(xì)誘導(dǎo)躍遷的貢獻(xiàn),分析了E1-M2量子干涉效應(yīng)和Breit相互作用效應(yīng)對(duì)超精細(xì)誘導(dǎo)躍遷輻射衰變過程放出光子極化特性的影響.研究發(fā)現(xiàn):超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng),E1-M2量子干涉效應(yīng)以及Breit相互作用效應(yīng)均具有較強(qiáng)的去極化作用,能較大地消減輻射光子的極化度.例如,在近閾值能量入射情況下,超精細(xì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得類氦Sc19+離子在1s2p3P2→1s21S0磁四極躍遷輻射衰變過程中所輻射出光子的圓極化度減少了近72%.E1-M2干涉效應(yīng)使得類205Tl79+離子在1s2p3P2→1s21S0超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度相對(duì)于純磁四極躍遷減小了近40%.Breit相互作用效應(yīng)使得類205Tl79+離子在1s2p3P2→1s21S0超精細(xì)誘導(dǎo)的Ff=3/2→Fi=1/2退激發(fā)輻射光子的圓極化度相對(duì)于純磁四極躍遷減小了近50%.我們希望隨著X射線極化測量技術(shù)的不斷升級(jí),這些強(qiáng)的高階物理效應(yīng)能進(jìn)一步在儲(chǔ)存環(huán)或EBIT裝置上得到證實(shí).