Pesquisadores da Universidade RUDN desenvolveram um método matemático para resolver o problema quântico de Coulomb de três corpos para estados ligados com alta precisão. Eles também mostraram que cálculos anteriores realizados por um grupo de cientistas japoneses estão incorretos. O trabalho contribuirá para cálculos mais precisos das trajetórias das partículas quânticas no espaço, e seus resultados serão úteis na solução de problemas fundamentais da física. O artigo foi publicado na revista Revisão Física A .

Os físicos da Universidade RUDN calcularam quanta energia é necessária para retirar um elétron de um átomo, transformando o último em um íon. Eles determinaram o valor deste parâmetro para diferentes níveis no átomo de hélio com a melhor precisão conhecida - até 35 dígitos decimais. Descobriu-se que as soluções usadas anteriormente para o íon hidrogênio H ^- , com 40 casas decimais, desvia do valor previamente determinado para a 35ª casa decimal.

Os cientistas realizaram cálculos para um sistema de átomos de hélio interagindo de acordo com a lei de Coulomb. No estado normal, os átomos são neutros e não interagem entre si. Para que isso aconteça, é necessário ionizar o átomo de hélio - isto é, para tirar um elétron do íon. Então, o átomo adquirirá uma carga positiva. Isso requer a obtenção de alguma energia (a chamada energia de ionização). Seu valor determina a força da interação de um íon com outras partículas carregadas e a trajetória de seu movimento no espaço.

"Desenvolvemos uma abordagem baseada no método variacional, que permite resolver numericamente o problema quântico de três corpos vinculado à interação de Coulomb, com precisão quase arbitrária. Este método é usado para calcular as energias de ionização de um átomo de hélio para diferentes níveis de energia de momento angular orbital arbitrário. Nossa abordagem demonstrou a eficácia e flexibilidade no estudo dos sistemas Coulombic. Além disso, a obtenção de tais valores não requer o uso de supercomputadores, "diz o co-autor Vladimir Korobov do Laboratório de Física Teórica do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear.

Na mecânica clássica, o problema dos três corpos consiste em determinar as trajetórias do movimento de três objetos no espaço em relação uns aos outros. Este problema não tem solução geral na forma de funções finitas para trajetórias; apenas soluções particulares são encontradas para certas velocidades e coordenadas iniciais. Na mecânica quântica, o problema dos três corpos também não tem solução analítica.

Métodos de cálculo de alta precisão ajudam a resolver muitos problemas físicos fundamentais - nos estudos de átomos de hélio exóticos que consistem em antiprótons, elétrons e o núcleo de hélio, por exemplo. Eles são de particular interesse porque permitem medições de alta precisão do espectro de energia desse sistema exótico e comparam os resultados teóricos com aqueles obtidos em experimentos. Seus resultados permitirão aos pesquisadores compreender melhor a natureza da antimatéria e ampliar o conhecimento do mundo quântico.