Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии (ВНИИМ)
им. Д. И. Менделеева (Санкт-Петербург)

Отдел 202: Теоретической и квантовой метрологии
Сектор 2021: Прецизионной физики и метрологии простых атомных систем


Оглавление
Новости
- 2005
- 2004
- Все новости
Об этой странице
О секторе
Научная работа
- Научные интересы
- Научные проекты
- Научное сотрудничество
- Гранты
Физика простых атомов и ее приложения
(Путеводитель по простым атомам)
- Простые атомные системы
- Уровни энергии в простых атомах
- Прецизионная физика простых атомов
- Приложения  к метрологии
- Квантовая электродинамика
- Логарифмические поправки
- Оптические переходы в водороде
- Поиски изменения констант
Публикации группы
- Книги
- Статьи в журналах
- Электронные препринты
- Все публикации
Конференции
- Конференции по простым атомам
- Конференции по изменению констант
Адрес и контактная информация
Home page
 
 
Оптические переходы и лэмбовский сдвиг в атоме водорода

Долгое время прямые прецизионные исследования лэмбовского сдвига отдельных состояний в атоме водорода и дейтерия были невозможны ввиду недостаточно высокой точности. Измерялось  расщепление уровней , которое возникает вследствии лэмбовского сдвига этих уровней, а также – расщепление  (тонкая структура), в которой доминируют релятивистские эффекты, однако, они всего лишь на один порядок больше, чем лэмбовский сдвиг и поэтому измерение последнего оказывается возможным с достаточно высокой точностью



С другой стороны, оптические переходы между уровнями главной структуры непрерывно изучались с целью уточнения постоянной Ридберга. Они измерялись с высокой точностью, однако, недостаточной для прецизионного изучения квантовоэлектродинамических эффектов.


Сравнительно недавно ситуация резко изменилась в связи с успехами двухфотонной бездоплеровской спектроскопии. В нескольких лабораториях интенсивно изучались различные переходы: 1s-2s, 2s-ns и 2s-nd. Результаты для квантовоэлектродинамических эффектов оказались конкурентоспособными по сравнению с традиционными направлениями. Критическим моментом, с экспериментальной точки зрения, является отсутствие линейного доплеровского уширения линии при поглощении атомом двух фотонов с одинаковой частотой, летящих в противоположных направлениях. Это позволяет получить чрезвычайно узкие линии.


Имеются две важных проблемы при интерпретации оптических измерений.
  • Во-первых, необходимо знать постоянную Ридберга, величина которой определяет характерные частоты переходов грубой структуры.
    • Одно из решений проблемы – сравнение результатов двух экспериментов по абсолютному измерению частот разных переходов. Из двух результатов измерений можно исключить постоянную Ридберга. Абсолютное измерение частоты предполагает прямое или опосредованное сравнение измеряемой частоты с частотой сверхтонкого перехода в цезии-133, которая принята в качестве определения секунды. Сравнение производится с точностью, сопоставимой с воспроизводимостью стандарта.
    • Второй способ заключает в одновременном измерении частот двух разных переходов в рамках одного эксперимента. Вклад, пропорциональный постоянной Ридберга, можно исключить экспериментально, умножая одну из частот на целое число (обычно – 4). В результате можно извлечь частоту биений, которая отвечает релятивистским и квантовоэлектродинамическим поправкам. Прецизионное сравнение измеряемых частот с цезиевым стандартом не проводится, так как ввиду значительных сокращений высокая точность определения частоты биений не требуется.
  • Другая важная проблема при интерпретации результатов оптических измерений является вовлечение нескольких s-уровней. Новые экспериментальные данные появляются вместе с новыми неизвестными и поэтому дальнейшая интерпретация в терминах лэмбовского сдвига и уточнение постоянной Ридберга прямыми методами невозможны.
    • Проблема решается путем введения специально нормированной разности лэмбовских сдвигов ,
  • С. Г. Каршенбойм.  Лэмбовский сдвиг в атоме водорода. ЖЭТФ 106 (1994) 414-424. Перевод: S. G. Karshenboim. The Lamb shift in the hydrogen atom. JETP 79 (1994) 230-236.
  • С. Г. Каршенбойм.  Лэмбовский сдвиг в атоме водорода. Сдвиг S-уровней. Ядерная физика 58 (1995) 309-313. Перевод: S. G. Karshenboim. The Lamb shift in the hydrogen atom. Shift of s states. Physics of Atomic Nuclei 58 (1995) 262-266.
    • теория для которой
      оказывается как более точной, так и более надежной  чем для сдвигов уровней по отдельности. Более высокая точность означает, что ряд поправок старших порядков известен только для разности. Более высокая надежность возникает вследствие аргументов, указывающих на то, что численные коэффициенты при некоторых неизвестных вкладах в случае разности ожидаются сравнительно малыми.

Основные публикации
  • С. Г. Каршенбойм. Новые логарифмические вклады в мюонии и позитронии. ЖЭТФ 103 (1993) 1105-1117. Перевод: S. G. Karshenboim. New logarithmic contributions in muonium and positronium. JETP 76 (1993) 541-546.
  • С. Г. Каршенбойм.  Лэмбовский сдвиг в атоме водорода. ЖЭТФ 106 (1994) 414-424. Перевод: S. G. Karshenboim. The Lamb shift in the hydrogen atom. JETP 79 (1994) 230-236.
  • S. G. Karshenboim. What do we actually know on the proton radius? Canadian Journal of Physics 77 (1999) 241-266. Электронный препринт: hep-ph/9712347.
  • S. G. Karshenboim. Leading logarithmic corrections to the muonium hyperfine splitting and to the hydrogen Lamb shift. Conference on Precision Electromagnetic Measurements. Digest. Boulder (1994) 225-226.
  • V. G. Ivanov and S. G. Karshenboim. The hydrogen Lamb shift: Self-consistent values. Conference on Precision Electromagnetic Measurements. Conference digest (Braunschweig, 1996) 636-637.
  • S. G. Karshenboim. What do we actually know on the proton radius? Conference on Precision Electromagnetic Measurements. Digest (Washington, 1998) 86-87.
  • S. G. Karshenboim. The hydrogen Lamb shift and the proton radius. In: Proceedings of the International Workshop Hadronic Atoms and Positronium in the Standard Model. Ed. By M. A. Ivanov et al., Dubna (1998) 224-231. Электронный препринт: hep-ph/0008137.
  • S. G. Karshenboim. Precise Physics of Simple Atoms. Atomic Physics 17 (AIP conference proceedings 551) Ed. by E. Arimondo et al. (AIP, 2001), pp. 238-253. Электронный препринт: hep-ph/0007278.
  • S. G. Karshenboim. Precision spectroscopy of simple atoms and tests of the bound state QED. Laser Physics 11 (2001) 1083-1087. См. также: In MPLP’2000, Proceedings (Modern Problems of Laser Physics, Novosibirsk, 2000) pp. 52-61. Электронный препринт: physics/0008215.
  • S. G. Karshenboim. Precision optical measurements and fundamental constants. In  Laser Physics at the Limits, ed. by H. Figger, D. Meschede and C. Zimmermann (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2001) pp. 165-176.
  • S.G. Karshenboim. Simple Atoms, Quantum Electrodynamics and Fundamental Constants. In Precision Physics of Simple Atomic Systems Ed. by S. G. Karshenboim and V. B. Smirnov (Springer, Berlin, Heidelberg, 2003) pp. 141-162. Электронный препринт: hep-ph/0305205.

Последняя модификация: 06 декабря 2005 г. (С. Г. Каршенбойм)