Влияние структуры ядра на электронный спектр атома гелия

Анотація

Методом точной диагонализации рассчитаны поправки к основному состоянию атома ⁴He, связанные с конечным размером и конечной массой его ядра, которое в рамках оболочечной модели интерпретируется как связанное состояние двух дейтронов. Известный из эксперимента квадрупольный момент дейтрона (Q₀ = 2,74⋅10^–27 cм²) дает возможность оценить размер отдельного дейтрона, а с ним и размер ядра ⁴He (диаметр ядра d ~ 1,5⋅10^–13 cм). В результате ядро ⁴He оказывается составленным из четырех нуклонов в основном состоянии (1s)⁴4 на сферически симметричной оболочке диаметром d, по которой равномерно распределен полный заряд ядра, равный +2e. Такое распределение, в свою очередь, может быть интерпретировано как основное состояние жесткого ротатора, на концах которого закреплены заряды величиной +e. В такой модели ядро представляет собой заряженную сферическую оболочку радиуса d/2, внутри которой потенциал остается постоянным и конечным, равным 4e/d, а за пределами — убывает по обычному кулоновскому закону 2e/r. Наличие такой «сердцевины» означает поправку к стандартному кулоновскому потенциалу при r < d/2, которая понижает энергию основного состояния атома ⁴He на малую величину ε₁, но не приводит к возникновению каких-либо новых низкоэнергетических уровней. Эта величина, в свою очередь, оказывается сравнимой с поправкой к основному состоянию ⁴He из-за конечной массы ядра.