中低能正電子與原子散射過程理論研究.pdf

1、正電子物理是物理學(xué)科最前沿的研究領(lǐng)域之一。特別是,從二十世紀(jì)八十年代以來,隨著強(qiáng)正電子束的出現(xiàn)使得正電子散射問題成為最活躍的研究領(lǐng)域之一。正電子作為電子的反粒子,它與原子分子體系的散射問題是反物質(zhì)與普通物質(zhì)之間的相互作用,對這個問題的研究可以更好地幫助人們了解微觀粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電子間關(guān)聯(lián)作用以及散射過程的準(zhǔn)確物理機(jī)制。
　　在不同的能量范圍下,正電子與原子散射過程呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。高能情況下,正電子與原子的散射截面同電子與原子的

2、散射截面趨于一致;中能情況下,電子偶素形成通道和電離連續(xù)通道對散射截面的影響很大;低能情況下,電子偶素形成通道在散射中扮演非常重要的角色。本論文的研究重點(diǎn)將集中在中低能情況下正電子與鋰原子、氦原子散射過程。
　　鋰原子是最簡單的堿金屬原子,散射過程中正電子-鋰原子體系的電子偶素形成通道在任意入射能量下都是打開的,因此,研究正電子與鋰原子的相互作用有特殊的意義。首先,應(yīng)用動量空間的耦合通道光學(xué)勢方法(CCO)研究中低能情況下正電子與

3、鋰原子的散射問題,并給出總的散射截面和各反應(yīng)通道截面(電離截面,電子偶素形成截面)。該理論模型成功地考慮了正電子和鋰原子散射過程中的電子偶素形成通道和電離連續(xù)通道,計算中在電子偶素n=2形成閾值附近發(fā)現(xiàn)了峰值結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明,在電離閾值打開之后,電離通道隨著能量的增加對散射過程的影響更加顯著。在能量為15eV位置附近電離截面達(dá)到最大值,其影響覆蓋整個中能范圍。電子偶素通道在整個能量范圍都是打開的,電子偶素形成截面隨著能量增加而迅速衰減

4、,在低能情況下特別是電離通道打開之前電子偶素形成通道的影響占有主導(dǎo)地位。本論文在此基礎(chǔ)上深入地研究低能情況下正電子與鋰原子散射,獲得散射的J=0-2分波和微分截面,發(fā)現(xiàn)一些共振現(xiàn)象和閾值效應(yīng),并對共振現(xiàn)象和閾值效應(yīng)的物理機(jī)制給出具體的解釋。
　　為了描述電離反應(yīng)通道中詳細(xì)的動力學(xué)機(jī)制,本論文發(fā)展了正電子原子散射的畸變波玻恩近似(P-DWBA)方法,來研究正電子原子散射的單電離反應(yīng)。正電子與原子散射問題中的單電離反應(yīng)是一個典型的三體

5、庫侖相互作用問題。在這個過程中,電子偶素形成通道將對電離反應(yīng)有明顯的影響。但是,目前關(guān)于正電子原子散射電離的研究中,所使用的理論方法都沒有考慮電子偶素形成通道的影響。在本論文發(fā)展的P-DWBA方法中,利用一個動量空間的復(fù)的極化勢來描述電子偶素通道,通過Fourier變換技術(shù)將極化勢轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)空間,加入到P-DWBA的畸變勢中重新求解畸變波微分方程得到散射的三重微分截面,首次成功地考慮了電荷轉(zhuǎn)移和重排對電離反應(yīng)的影響。
　　氦原子結(jié)

6、構(gòu)簡單且性質(zhì)穩(wěn)定,是實驗上理想的靶原子,正電子與氦原子散射過程的研究有助于對理論結(jié)果與實驗測量進(jìn)行比較,進(jìn)而檢驗理論方法的有效性。論文選取共面非對稱運(yùn)動學(xué)情況,計算入射正電子能量為59.2eV,被散射正電子出射角度為6°,被電離價電子出射角度為10°的情況下電離的三重微分截面。通過與已有實驗值以及其他理論計算的比較,發(fā)現(xiàn)在共面非對稱運(yùn)動學(xué)條件下,P-DWBA方法的結(jié)果和實驗測量值符合得非常好,相比于其他理論的計算結(jié)果有顯著的改進(jìn)。然而,

7、在出射的電子能量較高,即被散射的正電子和被電離的價電子能量接近時,P-DWBA方法的結(jié)果較實驗值偏高。這可能是由于目前方法中還沒有考慮碰后相互作用的影響,在小角度散射中出射正電子與電離電子能量越接近,碰后相互作用影響越顯著。隨后,給出入射正電子能量為59.2eV,被散射正電子出射角度為10°,被電離價電子出射能量分別為12eV、13.5eV、15eV以及16.5eV的情況下,被電離的電子隨出射極角變化的三重微分截面。隨著能量增加,被電離

8、電子的出射極角越來越接近被散射正電子的極角。另外,在本論文中,應(yīng)用P-DWBA方法分別計算入射正電子能量為99.6eV和499.6eV的情況下的電離三重微分截面,并成功地給出二次峰、反沖峰的準(zhǔn)確位置以及雙峰的峰值比。
　　計算結(jié)果表明,本論文所發(fā)展的P-DWBA方法能夠有效的應(yīng)用于對正電子與原子散射的電離過程的三重微分截面的研究,有助于對正電子碰撞原子電離過程的詳細(xì)的動力學(xué)機(jī)制進(jìn)行深入地研究。在未來的工作中,將在目前工作的基礎(chǔ)上,