类氦原子体系光谱黑体辐射效应的理论研究

The operator of black-body-radiation (BBR) of helium-like atomic systems' spectrum will be deduced by using S-matrix and nonrelativistic quantum electrodynamics (NRQED), the analysis formula of leading item and high order ones will be obtained by NRQED. We will develop and improve Hylleraas-Bspline basis-expansion method with combining Hylleraas basis set and Bspline. High precision nonrelativistic wavefunctions of helium-like atomic system are obtained by using configuration interaction and variation, and then high-order contributions of BBR will be calculated by using perturbation method. The hyperfine splitting with BBR effect of helium-like system will be gained by using our method, it can be used to verify finite temperature QED in atomic systems.

将S-matrix方法与非相对论性量子电动力学理论相结合，推导类氦原子体系光谱的黑体辐射效应等效算符，给出算符领头项和高阶项算符表达式。并将Hylleraas基与Bspline基相结合，发展Hylleraas-Bspline基展开这一新的数值计算方法，运用组态相互作用和变分法得到高精度非相对论波函数，再采用微扰理论算出黑体辐射效应的各阶贡献。计算类氦原子体系基态和低激发态超精细劈裂，得到可测量的超精细劈裂黑体辐射修正，为相关实验和有限温度下量子电动力学理论的检验给出理论参考。

将S-matrix方法与非相对论性量子电动力学理论相结合，不同于前人的做法先给出Hamiltonian可能形式，后定Hamiltonian的系数，我们直接将电子与光子散射概率幅做非相对论展开确定Hamiltonian具体形式，利用规范不变性限制与检验得到的结果。相对于前人的工作，我们首次得到了高 阶非相对论量子电动力学的有效Hamiltonian。对于提高计算原子能级理论精度，实验确定物理常数提供理论基础。利用NRQED理论结合PZW变换，得到了原子极化率的一般表达形式，包括非相对论，相对论以及辐射修正领头项；在该工作中，结合PZW变换，可以令哈密顿量自然的分化成为电极化率、磁极化率以及电-磁耦合效应形成的极化率，为理论分析计算提供清晰的物理图景。并将Hylleraas基与Bspline基相结合，发展Hylleraas-Bspline基展开这一新的数值计算方法，运用组态相互作用和变分法得到高精度非相对论波函数，再采用微扰理论算出氦原子光谱黑体辐射修正的各阶贡献，该方法对Bethe-Logarithm项的计算精度达到7位有效数以上。