Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І.І. МЕЧНИКОВА

УДК 539.18:539.184

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

СПЕКТРОСКОПІЯ РІДБЕРГІВСЬКИХ АТОМІВ У ЗОВНІШНЬОМУ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОМУ ПОЛІ

01.04.05 - оптика та лазерна фізика

ІГНАТЕНКО ГАННА ВОЛОДИМИРІВНА

Одеса - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Хецеліус Ольга Юріївна, кандидат фізико-математичних наук, доцент, Одеський державний екологічний університет, доцент кафедри вищої та прикладної математики.

Офіційні опоненти:

Михайленко Віталій Іванович, доктор фізико-математичних наук, професор, Одеська національна морська академія, завідувач кафедрою фізики та хімії;

Зеленцова Тетяна Миколаївна, доктор технічних наук, професор, Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри теоретичної та експериментальної ядерної фізики.

Захист відбудеться "19" червня 2009р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.051.01 в Одеському національному університеті ім. І.І. Мечникова за адресою: 65026, м. Одеса, вул. Пастера 27, велика фізична аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова за адресою: 65026, м. Одеса, вул. Преображенська, 24.

Автореферат розісланий "19" травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Федчук О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальність дослідження енергетичних та спектроскопічних характеристик багатоелектронних атомів у високо збуджених (тобто з великим значенням головного квантового числа n"1; які називаються рідбергівськими) в останні роки різко зросла, що обумовлено рядом обставин. По-перше, традиційно інформація про спектроскопічні характеристики атомів є важливою для цілого ряду застосувань, які включають різноманітні задачі атомної оптики, квантової електроніки, лазерної фізики, побудову кінетичних моделей нових лазерних схем короткохвильового діапазону, фізики плазми, зокрема, діагностику як лабораторної, так й астрофізичної плазми. Особливість рідбергівських атомів (РА) є у надто малих іонізаційних потенціалах, відносно великих часах життя, великих радіусах орбіт зовнішнього електрону, а звідки високій чутливості до дії електричного и магнітного полів (завдяки чому зовнішні поля для РА вважаються сильними). Особливий інтерес до вивчення властивостей РА виник завдяки успіхам лазерної спектроскопії, яка дозволила вивчати у лабораторних умовах атоми з n~300, і радіоастрономії, тому як у міжзоряних хмарах знайдені лінії поглинення між рідбергівськими станами з n~300-700 [1-10]. Слід згадати, що для астрофізичної, космічної плазми є характерною наявність у плазмовому середовищу електричних полів різних класів, які інтенсивно впливають на РА. Спостерігаємий в останні роки значний прогрес у розвитку експериментальних методів дослідження, зокрема, використання магнітно-оптичних пасток (з отриманням одиничних РА), джерел синхротронного випромінювання, beam-foil спектроскопії тощо дозволив зробити цілий ряд відкриттів (більшість з яких удостоєна нобелівських премій), зокрема, відкриття рідбергівської матерії, отримання бозе-конденсату у парах РА лужних елементів, отримання фонтанів холодних РА, нові види інтерферометрії та інші, і все з більш високою точністю вивчати характеристики РА з виходом у принципово нові галузі фундаментальних задач таких як вивчення часових варіацій сталої тонкої структури, виявлення ефектів незберігання парності у атомно-ядерних системах, використання Штарк-ефекту для визначення анапольного ядерного моменту, з'ясування феномену квантового хаосу в рідбергівських атомних системах у сильних зовнішніх полях [1-15]. Між тим, не дивлячись на достатньо значну кількість теоретичних методів опису та розрахунку характеристик та динаміки атомів у полі (включаючи такі загальновідомі методи як метод квазіенергетичних станів (КЕС), стандартний формалізм теорії збурень (ТЗ), квазікласичні й класичні методи та інші, зорієнтовані, взагалі кажучи, на атом H і слабкі зовнішні поля), більшість з них не спроможні адекватно, з прийнятною для різноманітних застосувань точністю описати характеристики багатоелектронних РА у сильних електромагнітних полях [1-21]. Саме завдяки цьому пояснюється відсутність у сучасній атомній спектроскопії необхідної кількості спектральних даних по РА у зовнішньому електромагнітному полі для використання у вище наведених застосуваннях.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Дослідження, які виконані у роботі, увійшли до планів науково-дослідних робіт НДР (1998-2008): держбюджетні НДР теми Одеського державного екологічного університету: "Квантово-механічні методи розрахунку атомно-молекулярних систем у зовнішніх електричному і лазерному полях. Нелінійні селективні фото-процеси в атомах і молекулах", "Квантово-механічні методи розрахунку ядерних, атомних та молекулярних систем у зовнішніх електричному, магнітному і лазерному полях. Динамічний хаос в атомних і мультиосциляторних системах", "Нейронномережеве моделювання у кібернетиці, прикладній математиці, геофізиці, теорії викладання математики", "Розвиток та застосування нових методів обчислювальної математики і математичної фізики в задачах класичної, квантової механіки й КЕД" (№№ держреєстрації 0104U002222, 0104 U 002223).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка нового, квантово-механічного методу опису характеристик рідбергівських атомів у сильних сталому електричному і змінному електромагнітному полях та на його основі теоретичне моделювання енергетичних характеристик (енергій і ширин штарківських резонансів, ймовірностей іонізації тощо) рідбергівських лужних атомів у полі з виявленням елементів квантового хаосу.

Для досягнення мети були сформульовані такі наукові задачі:

- розробити новий квантово-механічний підхід до розрахунку енергетичних характеристик РА у сильному сталому електричному (DC ефект Штарку) будь-якої сили, який базується на операторній ТЗ і нерелятивістському одно-канальному методі квантового дефекту (КД);

- в якості застосування і з метою отримання нової спектроскопічної інформації про поведінку РА у полі провести розрахунок енергій та ширин штарківських резонансів у лужних атомах, зокрема, атомах Li, Na, K, Rb, Cs при різних напруженостях електричного поля;

- провести перевірку здійсненності умов скейлінгу у залежностях приведених енергій і ширин штарківських резонансів від приведеної напруженості електричного поля для різних лужних атомів;

- розвинути новий підхід до розрахунку характеристик багато електронних РА у зовнішньому змінному електромагнітному полі, що базується на формалізмі КЕС, методі комплексних координат, операторній ТЗ і теорії КД та модельного потенціалу (МП);

- провести чисельне моделювання динаміки іонізації атомів Н, Li, Rb у рідбергівських станах у зовнішньому мікрохвильовому полі і визначити залежність ймовірності іонізації від параметрів поля (амплітуди, частоти) та виявити елементи хаотичної іонізації;

- розвинути новий підхід до опису характеристик РА у схрещених (статичних) електричному F, магнітному B полях, провести моделювання статистичних пара метрів спектру атома Li у FB поле з виявленням елементів квантового хаосу.

Об'єкт дослідження - оптика і спектроскопія рідбергівських атомов.

Предмет дослідження - нові квантово-механічні методи розрахунку енергетичних характеристик рідбергівських атомів у електромагнітному полі.

Методи дослідження: методи квантової механіки та квантової теорії розсіювання для розрахунку характеристик рідбергівських атомів лужних елементів у сталому електричному та змінному мікрохвильовому полі;

- методи теорії хаосу та фрактальної геометрії для опису хаотичної іонізації рідбергівських атомів у електромагнітному полі та квантового хаосу;

- обчислювальні методи в задачах комп'ютерного моделювання характеристик рідбергівських атомів у зовнішніх полях, розв'язання систем диференціальних рівнянь (рівняння Шредінгеру, діагоналізація матриць тощо).

Наукова новизна отриманих результатів визначається як новизною розроблених методів, так і галуззю їх використання вперше у спектроскопії РА у зовнішніх електромагнітних полях. Вперше розвинуто новий підхід до розрахунку характеристик багатоелектронних РА у сильному сталому електричному (DC ефект Штарку) будь-якої сили, який базується на операторній ТЗ і нерелятивістському одно-канальному методі КД. Вперше для широкого кола атомних станів |n,n₁,n₂,m> (n₁=16-26, n₂,=0-2, m=0,1) і значень напруженості електричного поля =2.1-6.4 кВ/см виконано розрахунок енергій E та ширин Г штарківських резонансів у лужних РА Li, Na, K, Rb, Cs. Порівняння теоретичних даних з наявними експериментальними значеннями, зокрема, для Li, а також ряду станів Na, Rb, продемонструвало достатньо добру точність опису шуканих резонансів, значно більш високу, чим у альтернативних підходах. Для K, Cs дані про резонанси отримані взагалі вперше. Також вперше показано, що ефект гігантського змішування станів різної парності з одним і тим же n сильним полем, відкритий раніше у РА лантанідів, у спектрах лужних атомів є відсутнім. Показано, що для енергій резонансів у Na, K, Rb, а також H, Li (і ширин при F>0.5ат.од.) чітко спостерігається феномен скейлінгу у залежностях приведених E і Г від приведеної напруженості електричного поля F= , причому для K ефект знайдено вперше нами. Для важкого атому Cs скейлінг проявляється менш чітко, що є вказівкою на необхідність виходу за межи нерелятивістського наближення. Запропонований новий квантовий підхід до опису характеристик РА у сильних схрещених електричному F і магнітному B полях та на його основі вперше проведений розрахунок статистичних характеристик рідбергівського спектру Li (n~15) у FB поле з відкриттям феномену квантового хаосу. Розвинуто новий підхід до розрахунку характеристик багатоелектронних РА у змінному електромагнітному полі, який базується на формалізмі КЕС, методі комплексних координат, операторній ТЗ, теорії КД (МП). Вперше докладно з досить високою точністю вивчена динаміка іонізації РА Li, Rb (Li: n=45-67; Rb: n=58-62;) у мікрохвильовому полі з амплітудою F=(1.2-3.2) 10^-9ат.од, частотою /2=8.87, 15, 36 ГГц і розраховані залежності імовірності іонізації Р для Н, Li, Rb від амплітуди поля, параметрів станів тощо; одержані дані добре узгоджуються з наявними не багаточисельними експериментальними даними (Munich group для Rb: n>60, F=(1.2-3.2)10^-9ат.од, /2=8.87 ГГц; Virginia group для Li: n<42,/2=15ГГц). Вперше методи теорії хаосу (метод варіацій Марка-Аронсона і метод кореляційного інтегралу Гроссбергера-Прокаччі) застосовані у задачах про хаотичну іонізацію РА у мікрохвильовому полі. Значна частина даних про характеристики РА у сильних полях отримана у роботі вперше.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені у роботі нові методи опису РА у зовнішніх полях і одержані на їх основі у значній більшості нові дані по енергетичним характеристикам РА лужних елементів, зокрема, енергіям і ширинам штарківських резонансів, ймовірностям іонізації тощо для широкого кола атомних станів і значень напруженостей зовнішніх полів, можуть бути використані у широкому колі застосувань, у тому числі, при рішенні багатьох задач атомної оптики, квантової електроніки, лазерної фізики, фізики плазми, включаючи діагностику як лабораторної, так й астрофізичної та космічної плазми, а також фізики напівпровідників для опису ефекту Штарка для екситонів (в т. ч. у супергратках і гетероструктурах). Одержані нові дані надто важливі для сучасної перевірки багатьох ефектів КЕД, включаючи нутацію Рубі, кооперативний ефект Дике для кількох атомів та інші, адекватного опису рідбергівської матерії, отримання та вивчення бозе-конденсату у парах РА лужних елементів, оптимальных схем фонтанів холодних атомів, розвитку нової інтерферометрії, рішення таких нових класів задач атомної фізики останніх років таких як вивчення часових варіацій сталої тонкої структури, ефектів незберігання парності у атомно-ядерних системах, використання Штарк-ефекту для визначення анапольного ядерного моменту, з'ясування квантового хаосу у РА у сильних зовнішніх полях тощо. Розроблений комплекс математичного забезпечення для розрахунків енергетичних характеристик РА у зовнішніх сильних полях дозволяє у межах комп'ютерного експерименту досить точно передбачати їх властивості при розв'язанні перелічених вище прикладних задач.

Особистий внесок здобувача. Усі результати, що становлять основний зміст дисертації, отримані особисто автором, а саме:

- новий підхід до розрахунку енергій і ширин штарківських резонансів у спектрах РА у сильному сталому електричному (DC ефект Штарку) будь-якої сили;

- результати чисельного моделювання динаміки РА у сталому електричному полі, зокрема, дані розрахунку енергій, ширин штарківських резонансів у атомах Li, Na, K, Rb, Cs для широкого кола станів і напруженостей поля;

- перевірка здійсненності скейлінгу у залежностях приведених енергій і ширин штарківських резонансів від приведеної напруженості поля для різних лужних атомів і вперше відкриття скейлінгу для резонансів у К та в меншій степені Cs;

- новий квантовий підхід до розрахунку характеристик багато електронних РА у зовнішньому змінному електромагнітному полі, що базується на формалізмі КЕС, методі комплексних координат, операторній ТЗ і теорії КД та МП;

- вперше отримані для широкого кола атомних станів, параметрів мікрохвильового поля дані по ймовірностям іонізації РА Li, Rb, докладно з'ясовані елементи хаотичної іонізації (Li, Rb);

- новий підхід до опису характеристик РА у схрещених електричному F і магнітному B полях і вперше отримані дані по статистичним параметрам спектру Li у FB полі з відкриттям квантового хаосу.

Апробація результатів дисертації. Головні результати роботи представлені і обговорювались на наукових конференціях: - 4^th Intern. Conf. on Elementary Processes in Atomic Systems (Cluj-Napoca, Romania, 2008), Internat. Conf. on Atomic Collisions in Solids (ICACS, Berlin, Germany, 2006), International conf. on Electron and Photon Impact ionization and Related Topics (Louvain-la-Neuve, Belgium, 2004), Ninth Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics (Grenoble, France, 2004), VI International Conference Atomic and Molecular Pulsed Lasers (AMPL-2003, Tomsk, Russia, 2003), 8^th European Workshop "Quantum Systems in Chemistry and Physics" (Spetses, Greece, 2003), 10^th International Congress on Applications of Density Functional Theory in Chemistry and Physics (Brussels, Belgium, 2003), 5^th European Workshop "Quantum Systems in Chemistry and Physics" (Uppsala, Sweden, 2000), European Science Foundation REHE School and Workshop on "Spin-Orbit Coupling in Chemical Reactions" (Torun, Poland, 1998), та інших, і наукових семінарах НДІ фізики Одеського національного університету (ОНУ) ім. І. Мечникова, Одеського державного екологічного університету (1998-2009).

Публікації. Основні результати дисертації викладені в 20 наукових публікаціях, у т. ч., в 10 статтях у високо рейтингових міжнародних і вітчизняних фахових журналах і 10 тезах доповідей на міжнародних наукових конференціях. квантовий рідбергівський атом енергія

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 132 стор. машинописного тексту, містить у собі 15 рис., 12 таблиць, складається з вступу, 4-х розділів, висновків, списку використаних джерел (203 найм).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність, наукова та практична значущість роботи, формулюються мета, задачі дисертації. В першому розділі наданий фундаментальний огляд і аналіз ключових робіт по вивченню характеристик атомів, зокрема, РА у зовнішніх сталому електричному (ефект Штарку) та змінному електромагнітному полях. Наданий ретельній аналіз сучасних теоретичних методів розрахунку енергій і ширин штарківських резонансів у спектрах РА (DC та AC ефект Штарку). Добре відомо, що широке використання таких стандартних методів квантової механіки атомів як метод КЕС, стандартний формалізм ТЗ по потенціалу електричного (або електромагнітного) поля, різні версії квазікласичних й класичних методів, метод асимптотичних фаз та інші, зорієнтовані, взагалі кажучи, на атом водню і слабкі зовнішні поля, дозволило отримати більш менш докладну інформацію стосовно основних характеристик атомів у слабких зовнішніх полях, але у випадку сильних полів більшість з них не спроможні адекватно, з прийнятною для різноманітних застосувань точністю описати атомні характеристики (для РА ситуація є досить критичною). Це пов'язано з відомими недоліками шуканих підходів, зокрема, феноменом Дайсона, розходженням відповідних рядів ТЗ, чисельними труднощами при урахуванні станів континууму тощо. Ця обставина пояснює відсутність у атомній оптиці та спектроскопії необхідних спектральних даних по РА у зовнішньому електромагнітному полі для використання у вище наведених застосуваннях. У другому розділі роботи викладається новий квантово-механічний підхід до розрахунку енергетичних характеристик атомів в зовнішньому постійному електричному полі (DC ефект Штарку) довільної сили, що базується на операторній ТЗ Глушкова-Іванова і нерелятивістському одно-канальному методі КД (Рідберга-Сітона), і в його межах запропонована нова процедура розрахунку інтенсівностей штарківських компонент, що дозволяють визначати вперше з високою точністю основні характеристики РА у сильному полі. Рівняння Шредінгеру для електронної хвильової функції з урахуванням потенціалу однорідного електричного поля і кулонівського потенціалу ядра (остову) має вигляд:

[-(1 - N_с/Z) / r+ V_C(r) + z - /2 - E] = 0 (1)

де Е - енергія електрону, Z-заряд ядра, N_с -число електронів у атомному остові з потенціалом V_C(r) (далі викладення стосується РА лужних елементів). Хвильова функція записується у вигляді:

(, , )=f () g()( )^|m|/2 exp(im)/(2)^1/2 (2)

і замість (1) дозволяє отримати таку систему диференціальних рівнянь для f, g:

f + f + [0,5E + (_{1 -} N/Z) / t- 0,25 (t) t]f = 0, (3)

g + g + [0,5E+₂ / t + 0,25 (t) t]g = 0 (4)

де сталі розділення пов'язані стандартним співвідношенням: . Згідно з формалізмом операторної ТЗ однорідне електричне поле ₀ замінюється полем, що описується деякою функцією (; t)(тут змінна t означає аргумент функцій, загальний для всієї системи рівнянь) з достатньо великим параметром ( =1.5 t₂; t_{2 -} друга зворотна точка), такою що (t) практично співпадає із сталою ₀ у внутрішній бар'єрній області руху електрону (тобто при t<t₂) і зникає при t" t₂. Енергетичний спектр станів розсіювання розташований таким чином у області (/2,+) (в то же час в однорідному електричному полі маємо (-,+)). Для розрахунку ширини штарківського резонансу Г (конкретного квазістаціонарного стану атома у полі) потрібним є знання власних функцій гамільтоніану "0" наближення, тобто функції зв'язаного стану _Eb(,,) і функції стану розсіювання _Es.(,,) з однією і той же власною енергією. Для їх знаходження розв'язується систему рівнянь (3), (4) з повним Гамільтоніаном Н при умовах квантування енергії зв'язаного стану Е і сталої ₁,:

f(t) 0 at t x(, E) / E = 0, (5)

x(, E) = [g² (t) + {g(t) / k}^2]t^{| m| + 1}. (6)

Всі стани електрона в атомі у полі класифікуються стандартним набором квантових чисел: n, n₁, n₂ m (головне квантове число, параболічні числа, азимутальне квантове число). У випадку лужних атомів у наборі квантових чисел згідно з методом КД замість n фігурує відповідне ефективне квантове число:

n_eff = n-_l. КД _l(n₁,n₂,m)

може бути виражений через КД _lat для вільного атому (тобто поля немає) формулою виду:

, (7)

а енергія рідбергівських станів лужних атомів дається формулою Рідбергу:

(8)

Загальна мастерна система рівнянь, які визначають функцію зв'язаного стану _Eb та функцію стану розсіювання _Es має вигляд:

f_Es + f _Es + [0,5E + (_{1 -} N/Z) / t- 0,25 (t)t]f _Es = 0,

g₁ + g₁ + [0,5E+₂ / t + 0,25 (t)t]g₁ = 0, (9)

g₂ + g₂ + [0,5E+₂ / t + 0,25 (t)t]g₂ = 2g_Eb,

Ширина резонансу визначається уявною частиною електронної енергії:

Im E = /2 = | <_Eb |H|_Es>| ² (10)

з повним Гамільтоніаном (1) H; стандартним чином далі записується визначення імовірності переходів між штарківськими компонентами для атому в полі. У випадку змінного електромагнітного полю гамільтоніану атому є таким:

(11)

Оскільки поле є періодичним, використовується теорема Флоке і власні флоківські стани і квазіенергії E_j визначаються власними функціями і власними значеннями гамільтоніану Флоке:

.

У загальному виді з використанням методу комплексних координат задача зводиться до рішення стаціонарного рівняння типу Шредінгеру, яке у наближенні КД має вигляд:

(12)

тобто до стаціонарної задачі на власні значення та власні вектори деякої матриці А (з розглядом декількох флоківських зон): (A - E_jB)|E_j>=0. У якості базису розкладання використано систему штурмівських функцій у наближенні КД:

, (13)

де L - поліноми Лаггерра, Y - звичайні сферичні гармоніки, ; - параметр, що визначає масштаб осциляцій штурмівських функцій. Для реалізації всіх чисельних розрахунків на підставі нових методів використано модифікований загальний комплекс програм "Superatom". У третьому розділі на основі нового методу опису DC ефекту Штарку у РА виконано розрахунок енергій і ширин штарківських резонансів у лужних РА, зокрема, резонансів (nn₁n₂m) в РА Li при напруженості електричного поля =2.1,2.5кВ/см (n=15,m=0,1), в Na при =3.59 кВ/см, n₁=22-26 (n₂=0,1;m=0), в Rb при =2.189, 6.416 кВ/см, n₁=18-23 (n₂=0-2;m=0), в К при напруженості поля =3.59, n₁=21-25 (n₂=0,1; m=0,1) і в Сs при = 2.25, 8.25 кВ/см, n₁=16-22 (n₂=0-2; m=0). У табл.1 наведені наші результати розрахунку (Теор.5) енергій (в см^-1) штарківських резонансів з n=15, m=0 при =2.1 кВ/см, а також експериментальні данні Клепнера і співр. (Експ.), дані розрахунку на підставі ОТВ Глушкова-Іванова (Теор.1), метода сумування рядів звичайної ТЗ (Теор.2), метода 1/n-розкладання Попова і співр. (Теор.3), В-сплайнового підходу (Теор.4). В цілому має місце добра згода теорії з експериментом, але розглянуте поле є досить слабким. В табл.2 наведені дані нашого розрахунку енергій резонансів для РА Rb у полі з =2.189 кВ/см та інші дані, отримані переліченими методами.

Табл. 1. Енергії резонансів для Li (см^-1) при =2,1 кВ/см (див. текст)

n n1 n2 m	Експ.	Теор.1	Теор.2	Теор.3	Теор.4	Теор.5
15 0 14 0	512,1	512,2	512,8	512,3	512,2	512,1
15 1 13 0	509,5	509,8	510,5	509,8	509,9	509,5
15 2 12 0	504,5	504,3	504,9	504,4	504,6	504,4

Табл. 2. Енергій штарківських резонансів для РА Rb у полі з =2.189 кВ/см

		Експ.	Теор. 2 і 3	Наш розр.
23,0,0 22,0,0 21,1,0 20,2,0 21,0,0 20,1,0 20,0,0 18,1,0 16,2,0 18,0,0	0,656 0,681 0,517 0,400 0,708 0,531 0,737 0,561 0,428 0,802	133,1 157,0 161,1 163,9 185,2 186,3 217,2 248,4 284,7 289,5	132,8 132,9 157,1 157,2 159,5 160,6 163,2 163,7 184,2 184,8 185,4 185,8 214,6 214,9 247,2 247,3 284,0 284,1 288,6 289,0	133,0 157,1 160,9 163,9 185,1 186,2 216,9 248,2 285,5 289,3

Наш розрахунок показав, що урахування КД є надто суттєвим для лужних РА, особливо Rb, Cs. Порівняння отриманих теоретичних даних з наявними експериментальними даними, зокрема, для Li, а також для ряду станів Na, Rb продемонструвало досить добру точність опису шуканих резонансів, як правило, значно вищу, ніж в альтернативних підходах типа методу 1/n-розкладання, методу сумувування рядів звичайної ТЗ, В-сплайнового підходу та ін. Відзначимо, що для K, Cs достатньо точні дані по енергіях, ширинах штарківських резонансів отримані нами вперше. У спектроскопії РА лантанідів добре відомим є ефект гігантського уширення реорієнтаційних автоіонізаційних резонансів у досить слабких полях з ~100 В/см (відкритий Glushkov-Ivanov, 1991), який був блискуче експериментально підтверджений у експерименті Летохова і співр (1992). Наш розрахунок натомість показав, що цей дуже цікавий і важливий ефект фактично змішування полем станів різної парності з одним і тим же n, виявлений раніше в атомах лантанідів, практично є відсутнім для лужних РА. Далі ми виконали перевірку здійснимості скейлінга у залежностях приведених енергій _cl () і ширин _cl() як підпорогових, так і біля порогових резонансів від приведеної напруженості електричного поля F= для різних лужних РА, Na, K, Rb, Cs, різних рідбергівських станів, F. Для станів з n₁~n"l,n₂,m-1 можно ввести співвідношення у біля поріговій області при Е>0

та у подпоріговій області енергій Е<0:

,

n*=n-, , p=2n₂+m+1.

Показано, що для енергій резонансів H, Na, K, Rb (ширин при F> 0.5) дійсно чітко спостерігається феномен скейлінгу, причому для K ефект виявлений вперше нами. Для важкого атома Cs скейлінг виявляється менш чітко, що є вказівкою на необхідність використання для цього РА релятивістського наближення. Важливо відзначити, що крім всього іншого, шукані формули дають можливість контролю чисельних розрахунків. Ще один момент пов'язаний з можливістю надійної ідентифікації квантових чисел експериментально спостерігаємих незвичайних піків у спектрах фотоіонізації лужних атомів Na, Rb у електричному полі, які фактично відповідають штарківським квазістаціонарним станам. Далі викладені результати докладного вивчення динаміки іонізації атомів Н, Li, Rb у рідбергівських станах (зокрема, Li: n₀=45-67; Rb: n=58-62;) в мікрохвильовому полі з параметрами: F=(1.2-3.2)10^-9ат.од; /2=8.87Ггц, 15ГГц, 36 ГГц і розраховані залежності імовірності Р іонізації РА Li, Rb від F, значення ефективного квантового числа n* та інших параметрів. Велика частина даних отримана нами вперше. В табл. 3 наведені отримані нами (Теор.1) значення Р для Li з n₀=45-67 для F=(2.0-3.1)10^-9 ат.ед. (/2=36 ГГц), а також відповідні дані Krug-Buchleitner (Теор.2; 2002). Видно, що із зростанням n₀ та F в цілому спостерігається зростання Р, але з іншого боку має місце і пороговий характер зміни P. Для ряду n₀ (напр., n₀~ 63) мають місце локальні порушення плавного зростання Р, пов'язані з резонансним ускладненням структури спектру Флоке, посиленням ролі багато фотонних резонансів і ускладненням зв'язку між зв'язаними станами і континуумом. Далі проведене порівняння теоретичних даних по поріговим значенням амплітуди поля F_{10 %} (при якому має міс це 10 % іонізація атомів) з наявними небагаточисельними експериментальним даними (Munich експ. для Rb: n₀>60, F=(1.2-3.2)10^-9ат.ед, 8.87 ГГц) та Virginia експ. для Li: n₀<42 (15ГГц). На рис. 4 наведені експериментальні та теоретичні дані залежності F_{10 %} від n₀ для РА Li, Rb: а). Li -Virginia експеримент (,) (/2=15ГГц); Теор.Krug-Buchleitner (x).

Табл. 3. Імовірності іонізації РА Li у станах з l₀=0, m₀=0, n₀=45-65 для амплітуди поля: F= (2.0-3.1)10^-9 ат.ед.,частоти /2=36 ГГц (див. текст)

n0	Теор.1	Теор.1	Теор.1	Теор.2
n0	F= 2.010-9	F= 2.510-9	F= 3.110-9	F= 3.110-9
45	0,008	0,016	0,039	-
49	0,014	0,032	0,062	-
51	0,017	0,041	0,147	-
55	0,021	0,034	0,058	-
57	0,023	0,042	0,048	-
61	0,025	0,082	0,285	0,300
63	0,136	0,312	0,344	0,362
65	0,087	0,238	0,459	0,475

Наша теорія (); 2). Rb - эксперимент Munich group (?) (/2=8.87ГГц); Наша теорія (); Теорія Krug-Buchleitner (^). В цілому порівняння даних показує в цілому фізично розумну згоду теорії і експерименту (невеликі відмінності ми пов'язуємо з обчислювальною погрішністю).

Рис. 4. Залежність F_{10 %} (n₀): а). Li - Virginia експ (,);Наші дані (); Теорія Krug-Buchleitner (x); 2). Rb - Munich експ. (?) (8.87ГГц); Наші дані (); Теорія Krug-Buchleitner (^); Безперервна пряма (наклон n₀^-5) і переривиста (n₀^-4).

Далі вперше на основі методу варіацій Марка-Аронсона і кореляційного інтегралу Гроссбергера-Прокаччі кількісно виявлені режими хаотичної іонізації та стабілізації для РА Н, Li, Rb. У заключному розділі викладено новий підхід до опису РА у схрещених F і B статичних полях (аналогічний методу р.2) та вперше виконано оцінку статистичних параметрів спектру РА Li з чітким виявленням квантового хаосу. Густина власних енергій для різних F,B задовольняє розподілу Броді:

p_q(s)=As^qexp(-s^q+1), = [{(q+2)/(q+1)}]^q+1, A=(q+1),

який в окремих випадках (q=0,q=1) переходить у розподіли Пуассона:

p_P(s)=exp(-s) та Вігнера p_W(s)=0,5exp(-0,5s²).

ВИСНОВКИ

1. Вперше у спектроскопії багато електронних атомів у рідбергівських станах розвинений новий квантово-механічний підхід до розрахунку енергетичних характеристик атомів в зовнішньому постійному електричному полі (DC ефект Штарка) довільної сили, що базується на операторній ТЗ і нерелятивістському одно-канальному методі КД, і в його межах запропонована нова процедура розрахунку інтенсивностей штарківських компонент, що дозволяють визначати вперше з високою точністю відповідні характеристики РА у сильному зовнішньому полі.

2. У межах нового методу опису DC ефекту Штарку у РА виконано розрахунок енергій і ширин штарківських резонансів у лужних РА, зокрема, резонансів (nn₁n₂m) в РА Li при напруженості електричного поля =2.1,2.5кВ/см (n=15,m= 0,1), в Na при =3.59кВ/см, n₁=22-26 (n₂=0,1;m=0), в Rb при =2.189, 6.416 кВ/см, n₁=18-23 (n₂=0-2;m=0). Порівняння отриманих теоретичних даних з наявними експериментальними даними, зокрема, для Li, а також для ряду станів Na, Rb продемонструвало досить добру точність опису шуканих резонансів, як правило, значно вищу, ніж в альтернативних підходах типа методу 1/n-розкладання, метод сумування рядів звичайної ТЗ, В-сплайнового підходу та ін. Значна частина даних для Na, Rb отримана вперше. Показано, що ефект гігантського змішування сильним полем станів різної парності з одним і тим же n, виявлений раніше в атомах лантанідів, практично є відсутнім для лужних РА.

3. Виконаний розрахунок і на його основі вперше отримані нові дані по енергіях і ширинах штарківських резонансів в РА K, Cs, зокрема, для резонансів в атомі К при напруженості поля =3.59, n₁=21-25 (n₂=0,1; m=0,1) і в Сs при = 2.25, 8.25 кВ/см, n₁=16-22 (n₂=0-2; m=0). Розрахунок показав істотну роль обліку КД для станів РА (особливо n₂=0,1). Виконана перевірка здійснимості скейлінга в залежностях приведених енергій _cl() і ширин _cl() як підпорогових, так і біля порогових резонансів від приведеної напруженості електричного поля F= для різних лужних РА Na, K, Rb, Cs (та H), різних рідбергівських станів, F. Показано, що для енергій резонансів H, Na, K, Rb (ширин при F> 0.5) дійсно чітко спостерігається феномен скейлінгу, причому для K ефект виявлений вперше нами. Для важкого атома Cs скейлінг виявляється менш чітко, що є вказівкою на необхідність використання релятивістського наближення.

4. Розроблений новий підхід до визначення характеристик багато електронних РА у зовнішньому змінному електромагнітному полі, що базується на формалізмі КЕС, методі комплексних координат, операторній ТЗ і теорії КД (МП). Проблема зводиться до стаціонарної задачі на власні значення і власні вектори енергетичної матриці А, де власні стани є фактично резонансами розсіяння при комплексній енергії: ЕЕ-iГ/2. Діагоналізація А виконана вперше в теорії РА з використанням системи функцій задачі Штурма-Ліувілля в наближенні КД.

5. Виконано чисельне моделювання динаміки атома Н в рідбергівському стані у зовнішньому мікрохвильовому полі, розрахована залежність імовірності іонізації від частоти і амплітуди поля (F =0.025, 0.05, 1.0 ат.од.). у прийнятній згоді з даними моделюванні Кассаті методом класичної динаміки і Stony Brook- Pittsburg експериментом (частота /2=9.9 Ггц.). Вперше на основі методу варіацій Марка-Аронсона і методу кореляційного інтеграла (алгоритм Гроссбергера-Прокаччі) кількісно виявлені режими хаотичної іонізації, динамічній стабілізації для РА водню у полі.

6. Вперше виконано докладне вивчення динаміки іонізації атомів Li, Rb у рідбергівських станах (Li: n₀=45-67; Rb: n=58-62;) в мікрохвильовому полі з параметрами: F=(1.2-3.2)10^-9ат.од; /2=8.87Ггц, 15ГГц, 36 ГГц і розраховані залежності імовірності Р іонізації РА Li, Rb від F, значення квантового числа n₀, часу взаємодії "атом-поле". Велика частина даних отримана нами вперше. Для ряду n₀ (напр., n₀~ 63) мають місце локальні порушення плавного зростання Р, пов'язані з резонансним ускладненням структури спектру Флоке, посиленням ролі багато фотонних резонансів і ускладненням зв'язку між зв'язаними станами і континуумом. Порівняння теоретичних даних по пороговим значенням амплітуди поля F_{10 %} (при якому має місце 10 % іонізація атомів) з експериментальним даними, що є лише для деяких n₀ (Munich group для Rb: n₀>60, F=(1.2-3.2)10^-9ат.ед, /2=8.87 ГГц) і Virginia group для Li: n₀<42, /2= 15ГГц) показало в цілому фізично розумну згоду теорії і експерименту (невеликі відмінності пов'язані з обчислювальною погрішністю). Знайдено, що режим хаотичної іонізації у динаміці іонізації Li, Rb у мікрохвильовому полі при >0.38 (Li), ₀>0.31 (Rb) переходить у режим динамічної стабілізації.

7. Запропонований новий квантовий підхід до розрахунку енергетичних характеристик РА у схрещених електричному F і магнітному B (статичних) полях, що базується на діагоналізації матриці в операторній ТЗ з використанням системи функцій задачі Штурма-Ліувілля в наближенні КД. Вперше виконаний розрахунок енергетичних і статистичних характеристик РА Li у FB полі з чітким виявленням квантового хаосу і показано, що густина власних значень енергії для різних значень F, B задовольняє розподілу Броді, який в окремих випадках переходить у розподіли Пуассона та Вігнера.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Glushkov A.V. Wannier-Mott excitons and atoms in a DC electric field: photoionization, Stark effect, resonances in the ionization continuum/ Glushkov A.V., Lepikh Ya.I., Fedchuk A.P., Ignatenko A.V., Khetselius O. Yu., Ambrosov S.V.// Sensor Electr. and Microsyst. Techn. (Ukraine). -2008. -N4. - P.5-11.

2. Glushkov A.V. DC strong field Stark effect for non-hydrogenic atoms: consistent quantum mechanical approach/ Glushkov A.V., Ambrosov S.V., Ignatenko A.V., Korchevsky D.A.// Int. Journal of Quantum Chem. -2004. -Vol.99,N5. - P.936-940.

3. Rusov V.D. Stochastic dynamics of the atomic systems in the crossed electric and magnetic field: the rubidium atom recurrence spectra/ Rusov V.D., Glushkov A.V., Korchevsky D., Vaschenko V.N., Ignatenko A.V.//Вісник Київського унів-ту. Сер.фіз.-мат. - 2004. - №4. - 524-529.

4. Korchevsky D.A. Sensing stochasticity of atomic systems by analysis of recurrence spectra in an crossed DC magnetic and AC electric fields / Korchevsky D.A., Ignatenko A.V., Shpinareva I.M.// Sensor Electr. and Microsyst. Techn. -2005. - N1. - P.21-26.

5. Ambrosov S.V. Sensing stochasticity of atomic systems in crossed electric and magnetic fields by analysis of level statistics for continuous energy spectra/ Ambrosov S.V., Ignatenko А.V., Korchevsky D.A., Kozlovskaya V.P.//Sensor Electronics and Microsystems Technologies-2005. - N2. - P.19-23.

6. Ignatenko A.V. Optical bi-stability effect for multi-photon absorption in atomic ensembles in a strong laser field/ Ignatenko A.V., Prepelitsa G.P., Perelygina T.B., Buyadzhi V.V.// Photoelectronics. -2009. - N18. - P.71-76.

7. Ambrosov S. Wannier-Mott exciton and H, Rb atom in DC elecric field: Stark effect/ Ambrosov S., Khetselius O. Yu., Ignatenko A.V.// Photoelectronics. - 2008. - N17. - P.84-87.

8. Ignatenko A.V. Probabilities of the radiative transitions between stark sublevels in spectrum of atom in an DC electric field: new approach/ Ignatenko A.V. //Photoelectronics. - 2007. - N16. - P.71-74.

9. Ignatenko A.V. Multi-particle theory of photo-effect in Xe. Multi-photon absorption in molecules of O_3// Ignatenko A.V., Prepelitsa G.P., Kozlovskaya V.P.// Phooelectronics. - 2005. - N14. - P.32-34.

10. Glushkov A.V. QED approach to modeling spectra of the multicharged ions in a plasma: Oscillator and electron-ion collision strengths/ Glushkov A.V., Ignatenko A.V., Khetselius O. Yu., Loboda A.V., Svinarenko A., Korchevsky D., Lovett L.// Spectral Line Shapes (AIP; USA). - 2008. - Vol. 15. - P.175-177.

11. Ignatenko A.V. Chaotic phenomenon in a multi-wave ionization of non- Rydberg atoms/ Ignatenko A.V. //Proc.of the 2^nd International Conference on Chaotic Modeling and Simulation (CHAOS2009). - Chania (Crete, Greece). -2009. - Sec.25. - P.7.

12. Glushkov A.V. Generation of ultra-short x-ray pulses in clusters for ionization by fms optical pulse/ Glushkov A.V., Khetselius O., Ignatenko A.V.// Proc. of 4^th Conf. on Elementary Processes in Atomic Systems. -Cluj-Napoca (Romania). - 2008. - P.149.

13. Glushkov A.V. Auger effect in atoms and solids: calculation of the auger decay characteristics in solids and the valence auger-spectra for molecules adsorbed on surface/ Glushkov A.V., Gurnitskaya E.P., Ignatenko A.V., Nikola L.V.// Proc. of Int. Conference on Atomic Collisions in Solids (ICACS), Berlin (Germany). - 2006. - P.88.

14. Glushkov A.V. New quantum approach to atoms in electric and laser field / Glushkov A.V., Khetselius O. Yu., Ignatenko A.V.//Proc. Intern. Conference on Electron and Photon Impact ionization and Related Topics. - Louvain-la-Neuve (Belgium). - 2004. - P.56.

15. Glushkov A.V. Calculation of the Stark components intensities for non-H atoms: Operator perturbation theory/ Glushkov A.V., Ignatenko A.V.// Proc. the Ninth Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics. - Grenoble (France). - 2004. - P.124.

16. Ignatenko A.V. Calculation of radiation transitions probabilities and Stark components intensities atoms in strong DC electric field/ Ignatenko A.V. //Proc. of VI International Conference Atomic and Molecular Pulsed Lasers. -Tomsk (Russia) - 2003. - P. C8.

17. Malinovskaya S.V. Density functional approach to atoms and molecules in a strong dc electric and magnetic fields/ Malinovskaya S.V., Korchevsky D.A., Ignatenko A.V.// Proc. of 10^th Int. Congress on Applications of Density Functional Theory in Chemistry and Physics. - Brussels (Belgium). - 2003. - P.98.

18. Ignatenko A.V. New approach to treating energy spectra of Rydberg atoms in crossed electric and magnetic fields and analysis of level statistics for Li continuous energy spectra / Ignatenko A.V. // Proc.8^th European Workshop "Quantum Systems in Chemistry and Physics". - Spetses (Greece). - 2003. - P.141.

19. Ignatenko A.V. New approach to calculation of the tark resonances energies and widths in an electric field/ Ignatenko A.V., Khetselius O. Yu.// Proc.5^th European Workshop "Quantum Systems in Chemistry and Physics". - Uppsala (Sweden). - 2000. - P.137.

20. Glushkov A.V. Radiation transition probabilities for atoms in a strong DC electric field: New Approach/ Glushkov A.V., Khetselius O. Yu., Ignatenko A.V. // Proc. European Scientific Foundation REHE Workshop on "Spin-Orbit Coup-ling in Chemical Reactions". - Torun (Poland). - 1998. - P24.

Цитована література:

21. Ландау Л.Д. Квантовая механіка/ Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. -M.: Наука, 1977. - 700 с.

22. Лисица В.С. Новое в эффектах Штарка и Зеемана для атома водовода/ В.С. Лисица//УФН. -1987. - Т. 153. - С. 379-422.

23. Ullrich C. Superintense Laser-Atom Physics/ Ullrich C.,Erhard S.,Gross E. - N-Y: AIP, 2007.

24. Глушков А.В. Атом в электромагнитном поле/ Александр Васильевич Глушков. -Киев: КНТ, 2005. - 800 с.

25. Prokhorov A.M. Laser separation of silicon isotopes by the AVLIS Technology/ Prokhorov A.M., Buchanov V.V., Kazaryan M.A., Kalugin M.M. // Atomic and Molecular Pulsed Lasers. - Tomsk: SO RAN, 2001.

26. Летохов В.С. Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах/В.С. Летохов. - М.:Наука. -1983. -408c.; Laser Specktroskopie. - Berlin: Akad.,1977. - 330 P.

27. Baldwin G.G. Approaches to development of gamma ray lasers/ Baldwin G.G., Salem J.C., Goldansky V.I. // Rev.Mod.Phys. - 1981. - Vol.53, N4. - P.687-742.

28. Гольданский В.И. О воздействии лазерным излучением на процессы распада ядер/ В.И. Гольданский, В.С. Летохов. В.С. //ЖЭТФ. -1974. -Т.67,№2(8). - С. 513-516.

29. Glushkov A.V. Nuclear quantum optics: New horizons/ Glushkov A.V., Ivanov L.N., Letokhov V.S.//Preprint Inst. for Spectroscopy of USSR Acad.Sci.(ISAN), №AS-4, 1991. -16 P.

30. Glushkov A.V. QED approach to atoms in a laser field: Multi-photon resonances and above threshold ionization/ Glushkov A.V., Khetselius O. Yu., Loboda A.V., Svinarenko A.A.//Frontiers in Quantum Systems in Chemistry and Physics (Berlin, Springer). - 2008. - Vol.18. - P.501-558.

31. Glushkov A.V. Laser-Electron--Nuclear Spectroscopy of atoms, molecules and Chemical environment effect on the -decay parameters/ Glushkov A.V.,Khetselius O. Yu., Lovett L.// Advances in the Theory of Atoms, Molecular Systems and Condensed Matter (Berlin, Springer). - 2009. - Vol.19. - P.301-388.

32. Glushkov A.V. Optics and spectroscopy of cooperative laser-electron nuclear processes in atomic and molecular systems - New trend in Quantum Optics/ Glushkov A.V., Khetselius O. Yu., Malinovskaya S.V.// European Physical Journal ST. - 2008. - Vol.160,N1. - P.195-204.

33. Molecular Phys. (UK). -2008. - Vol.106. - P.1257-1270.

34. Khetselius O.Yu. Relativistic calculating the hyperfine structure parameters for heavy-Elements and Laser detecting the isotopes and nuclear reaction products/ Khetselius O. Yu. //Physica Scripta. - 2009. - Vol.134. - P. 305090.

35. Glushkov A.V. Energy approach to resonance states of compound super-heavy nucleus and EPPP in heavy nuclei collisions/ Glushkov A.V. // Low Energy Antiproton Physics (AIP). - 2005. - Vol.796. - P.206-215.

36. Ivanov L.N. Spectroscopy of autoionization resonances in heavy elements/ Ivanov L.N., Letokhov V.S.// Com.Mod.Phys.D.:At.Mol.Phys. - 1985. - Vol.4. -P.169-184.

37. Glushkov A.V. DC Strong-Field Stark-Effect: consistent quantum-me-chanical approach/ Glushkov A.V.,Ivanov L.N.// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. -1993. -Vol.26, N16. - P.L379-L386.

38. Preprint N92-1-AS. - Institute of Spectroscopy of RAN. -Troitsk,1992. - 13 p.

39. Popov V.S. Strong field Stark effect: perturbation theory and 1/n expansion/ Popov V.S., Mur V.D., Sergeev A.V., Weinberg V.M. //Phys.Lett.A. - 1990. -V.149. - P.418-424.

40. Gallagher T.F. Classical subharmonic resonances in microwave ionization of Li Rydberg atoms/ Gallagher T.F., Noel M.W.,. Griffith M.W.// Phys. Rev. A. -2000. -Vol.62. - P.063401.

41. Walther H., From coherent to noiseinduced microwave ionization of Rydberg atoms/ Walther H., Benson O., Buchleitner A., Raithel G., Arndt M., Mantegna R.//Phys.Rev.A-1995. - Vol.51. - P.4862-4876.

42. Grutter M. Spectroscopic study and multichannel quantum defect theory analysis of the Stark effect in Rydberg states of neon/ Grutter M., Zehnder O., Softley T.P., Merkt F.// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. -2008. -Vol.41. - P.115001.

43. Dunning F.B. Engineering atomic Rydberg states with pulsed electric fields/ Dunning F.B., Mestayer J.J., Reinhold C.O., Yoshida S., Burgdorfer J.// J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. - 2009. - Vol.42. - P.022001.

АНОТАЦІЇ

Ігнатенко Г.В. Спектроскопія рідбергівських атомів у зовнішньому електромагнітному полі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05-оптика і лазерна фізика. -Одеський національний університет ім. І. Мечникова Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2009.

Дисертація присвячена розробці нового методу опису енергетичних характеристик рідбергівських атомів в зовнішньому постійному електричному полі (DC-ефект Штарку), схрещених сталих електричному F і магнітному B полях, змінному електромагнітному полі довільної сили, що базується на операторній теорії збурень, методі комплексних координат, нерелятивістському одно-канальному методі квантового дефекту та алгоритмах теорії хаосу. Проведено розрахунок енергій і ширин штарківських резонансів у спектрах лужних рідбергівських атомів Na, K, Rb, Cs (та H) для різних рідбергівських станів з n=16-26 й різних напруженостей сталого електричного поля, докладне вивчення динаміки іонізації атомів Li, Rb у рідбергівських станах з n=45-67 у мікрохвильовому полі при різних параметрах поля (амплітуді, частоті)з виявленням ефектів скейлінгу для енергій та ширин резонансів, режимів хаотичної іонізації та стабілізації. Значна частина даних отримана вперше і може бути використана в широкому колі застосувань в атомній оптиці, лазерній фізиці, астрофізиці тощо.

Ключовi слова: рідбергівський атом, зовнішнє електромагнітне поле, ефект Штарку, операторна теорія збурень, теорія квантового дефекту.

Ignatenko A.V. Spectroscopy of the Rydberg atoms in an external electromagnetic field. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by specialty 01.04.05 - optics and laser physics. - I.I. Mechnikov's Оdessa National University of Ministry of education and science of Ukraine, Odessa,2009.

Dissertation is devoted to carrying out a new method to description of the energy characteristics for Rydberg atoms in an external DC electric field (DC Stark effect), mixed DC electric and magnetic fields, AC electromagnetic field of arbitrary strength. New method is based on the operator perturbation theory, complex coordinates method, non-relativistic one-channel quantum defect theory and chaos theory algorithms. It is carried out calculation of energies and widths for Stark resonances in spectra of alkali Rydberg atoms Na, K, Rb, Cs (and H) for different Rydberg states n=16-26 and DC electric field strengths and detailed studying ionization dynamics for atoms of Li, Rb in the Rydberg states n=45-67 in a microwave field for different field parameters (amplitude, frequency) with discovery of scaling effect for energies and widths of Stark resonances, chaotic ionization and stabilization regimes etc. A significant part of spectral data is firstly obtained and can be used in different applications in atomic optics, laser physics, astrophysics etc.

...