少电子原子间高阶色散相互作用理论与精确计算

冷原子物理实验中光缔合、磁缔合光谱技术为精确确定原子间相互作用提供了强有力的工具，高精度原子相互作用理论有助于人们深刻认识目前理论与实验在更高精度水平上的微小差异，明确理论进一步完善的方向。本项目发展中性氢、氦、锂少电子原子两体与三体长程色散相互作用高阶理论，利用Hylleraas基组方法获取高精度零阶波函数，实现三阶微扰理论框架下色散系数的精确计算，提供氢、氦、锂两体与三体色散系数的高精度数值，为检验和评估其他近似理论方法所得结果提供基准。利用微扰理论精确计算有限核质量和相对论效应对色散作用的微小修正。首次考虑三原子体系中含激发态原子的情形，研究激发态原子对三体弱束缚体系形成的可能影响，探索三体色散作用的可观测效应；本项目中高精度的长程色散系数的高阶修正有望消除目前锂原子2P态寿命理论与实验的差异，也为实验分析涉及氢、氦、锂光缔合分子光谱中势曲线的精确构建提供理论输入参数。

原子-原子之间的长程色散系数是冷原子、冷分子物理中的重要参数，在调节Feshbach共振、光缔合分子光谱实验数据的分析中有着重要的应用。随着冷原子实验技术的高度发展，实验观测原子－原子之间长程色散相互作用的高阶效应已成为可能。在本项目中，我们推导了原子间三阶长程色散相互作用势的普适理论公式，并应用到原子两体和三体长程色散系数的高精度理论计算当中。项目计算下的激发态氦原子与碱金属原子两体之间低阶的长程色散系数可以用来分析Penning电离引起的囚禁原子损失率，使得实验上能有效地实现多组份超冷混合气体的玻色爱因斯坦凝聚。Hylleraas变分法下计算的高精度的He-He、Li-Li两体之间的长程色散系数不但为检验和评估其它近似理论方法的正确性提供了基准，同时为高分辨率的分子光谱实验数据的分析提供了理论输入参数。同时，本项目计算的碱金属原子、碱土原子和惰性原子任一三体组合下的非对加长程色散系数为三体体系势能面的精确构建提供了理论参考依据。除此之外，我们还从Dirac库伦方程出发高精度求得了H-H、H-He+体系长程色散系数的相对论修正，并且对两体长程色散势的收敛特性展开了研究。本项目的实施提供了大量可供参考的两体、三体色散系数的数据列表，完善了人们对于长程色散相互作用势的深入理解。