I ricercatori dell'Università RUDN hanno sviluppato un metodo matematico per risolvere il problema quantistico dei tre corpi di Coulomb per gli stati legati con elevata precisione. Hanno anche mostrato che i calcoli precedenti eseguiti da un gruppo di scienziati giapponesi non sono corretti. Il lavoro contribuirà a calcoli più accurati delle traiettorie delle particelle quantistiche nello spazio, ei suoi risultati saranno utili per risolvere problemi fondamentali della fisica. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Revisione fisica A .

I fisici dell'Università RUDN hanno calcolato quanta energia è necessaria per strappare un elettrone da un atomo, trasformando così quest'ultimo in uno ione. Hanno determinato il valore di questo parametro per diversi livelli nell'atomo di elio con la precisione più nota, fino a 35 cifre decimali. Si è scoperto che le soluzioni utilizzate in precedenza per lo ione idrogeno H ⁻ , con 40 decimali, si discosta dal valore precedentemente determinato per la 35° cifra decimale.

Gli scienziati hanno eseguito calcoli per un sistema di atomi di elio che interagiscono secondo la legge di Coulomb. Nello stato normale, gli atomi sono neutri e non interagiscono tra loro. Perché ciò accada, è necessario ionizzare l'atomo di elio, cioè per togliere un elettrone allo ione. Quindi l'atomo acquisirà una carica positiva. Ciò richiede di ottenere un po' di energia (la cosiddetta energia di ionizzazione). Il suo valore determina la forza dell'interazione di uno ione con altre particelle cariche e la traiettoria del suo moto nello spazio.

"Abbiamo sviluppato un approccio basato sul metodo variazionale, che permette di risolvere numericamente il problema quantistico dei tre corpi vincolato dall'interazione di Coulomb, con precisione quasi arbitraria. Questo metodo viene utilizzato per calcolare le energie di ionizzazione di un atomo di elio per diversi livelli di energia del momento angolare orbitale arbitrario. Il nostro approccio ha dimostrato l'efficacia e la flessibilità nello studio dei sistemi Coulombic. Per di più, ottenere tali valori non richiede l'uso di supercomputer, ", afferma il coautore Vladimir Korobov del Laboratorio di Fisica Teorica dell'Istituto congiunto per la ricerca nucleare.

Nella meccanica classica, il problema dei tre corpi consiste nel determinare le traiettorie del moto di tre oggetti nello spazio l'uno rispetto all'altro. Questo problema non ha soluzione generale sotto forma di funzioni finite per traiettorie; si trovano solo soluzioni particolari per certe velocità e coordinate iniziali. Nella meccanica quantistica, anche il problema dei tre corpi non ha soluzione analitica.

I metodi di calcolo ad alta precisione aiutano a risolvere molti problemi fisici fondamentali:negli studi di atomi di elio esotici costituiti da antiprotoni, gli elettroni e il nucleo di elio, ad esempio. Sono di particolare interesse perché consentono misurazioni ad alta precisione dello spettro energetico di questo sistema esotico e confrontano i risultati teorici con quelli ottenuti negli esperimenti. I loro risultati consentiranno ai ricercatori di comprendere meglio la natura dell'antimateria e ampliare la conoscenza del mondo quantistico.