Перевод названия: Narrow non-linear resonances in spectra of mesic atoms
Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 1996
Аннотация: Проведен анализ возможностей нелинейной лазерной спектроскопии переходов 2S - 2P легких мюонных атомов с Z4 (метастабильность 2S уровня) по изменению спектров испускания смежных рентгеновских переходов 2P-2S (длина волны 0,25 - 1.5 ангстрем) в поле лазерного излучения. Так как однородная ширина уровня 2P более чем на шесть порядковПоказать полностьюпревосходит ширину уровня 2S, то возможно индуцирование лазерным излучением узких резонансов внутри широкого однородного контура перехода 2P-1S. При этом форма резонансов подобна автоионизационным спектрам с характерной шириной перехода 2s-2p, что в принципе позволяет на несколько порядков увеличить точность измерения лэмбовского расщепления. Выполнен анализ вклада в структуру низлежащих уровней мю- мезоатома водорода спин-орбитального взаимодействия и взаимодействия спина ядра с моментом мю-мезона. Оказалось, что в силу различных характеров зависимостей указанных взамиодействий от массы частицы движущейся вокруг ядра подразделение структур термов на "тонкое" и "сверхтонкое" в общем случае перестает быть справедливым (отсутствие для спектров мезоатомов массово - масштабной инвариантности). В частности, оценки вкладов "тонкого" и "сверхтонкого" взаимодействий по известным формулам атомной физики показали превосходство так называемого сверхтонкого взаимодействия над "тонким" для 2p уровня мю-мезоатома водорода. В связи с этим были рассчитаны энергии 2p-подуровней при одновременном учете обоих взаимодействий. Проведен расчет сечения поглощения пробной волны, резонансной переходу 2S-2P мезоатомов в газовой фазе, в присутствии мощного лазерного излучения, резонансного тому же переходу. Показано, что в спектре поглощения (рассеяния) пробной волны возникают узкие асимметричные резонансы как функции разности частот пробного и индуцирующего излучений. Величина асимметрии нелинейной структуры зависит от отстройки частоты индуцирующего излучения от центра полосы перехода 2S-2P. При точности измерения величины асимметрии 20% (что вполне достижимо в оптическом и ИК диапазонах), получена оценка определения центра полосы 2S-2P меньшая десяти ширин уровня 2S, что на пять порядков превосходит точность измерения лэмбовского расщепления в гелии и превосходит точность современных теоретических расчетов. The nonlinear anti-Stokes Raman spectroscopy of the transitions 1s-2p (wavelength 0,25 - 1.5 angstrom) of light muonic atoms with Z4 (the condition of metastability of 2S level) is discussed. The idea is based on inducing the narrow nonlinear resonances within the broad X-ray transition 2p-1s by strong laser radiation which is resonant to the Lamb splitting 2S - 2P. When a negative muon is stopped in matter, the approximate 4% of muonic atoms occur in 2s metastable state. Then, the sufficient difference in the natural widths of the levels 2p and 2s give rise the possibility of inducing by laser radiation a shaped structure by characteristic 2S level width within Lorentz contour of emission of atomic transition 2p-1s. Hence, the more higher accuracy of determination the splitting 2p-2s becomes possible. The contribution of the spin-orbit interaction and the interaction of nuclear spin with the total moment of muon to the sublevel structure of the low-lying states of muonic atoms is analyzed. It is shown that the difference in the mass dependence of the mentioned above interactions results in the notions "fine" and "superfine" splittings become ill- suited for mesic atoms in general (the absence of the mass- scale invariance for mesic atoms spectra). In particular, the estimation of the contributions of the "fine" and "superfine" interactions using well-known formula of atomic physics reveals the reverse values relation between so-called "fine" and "superfine" structures for 2p state of muonic hydrogen. For this reason the energy structure of 2p state was calculated tacking into account both interactions in the same approximation. The absorption cross-section of a probe wave at resonant 2S-2P transition of mesic atoms under the presence of the strong unducing laser radiation at the same transition is calculated. The appearance of the narrow asymmetric resonances via the radiation frequencies difference is shown in the absorption or scattering spectra. The asymmetry degree of the non-linear structure depends on the frequency detuning from the center of the transition band 2S-2P. At 20% accuracy of measuring the asymmetry the location of the band center can be determined within the uncertainty less than ten width of 2S level. The accuracy occur to be by five order higher experimental value in helium and it is grater the uncertainty of the modern theoretical calculations.