Сверхтонкие взаимодействия водородоподобных атомов в веществе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

у Ь н 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕШЬЛИКЙ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСаДАРСТЗЕНДОИ УНИВЕРСИТЕТ НАЗЧИО-ИССЛЕДОЬАТЕЛЬСШ ИНСТШТ ЯДЕРНЫХ ЛРОБЛЕЦ

На правах рукописи

РАПОПОРТ ВЛАДИМИР ИСАКОВИЧ

СВЕРХТОНКИЕ ВЗАИНОДЕИСТВИЯ ВРЛОРйДОПОДОБННХ АШОВ В ВЕЩЕСТВЕ

01.04.02 - теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учьной степени кандидата физико-матэиатических наук

Минск 1992

Работа выполнена в НИИ ядерных проблей при Белорусской государственном университете.

•Научней руководитель; доктор физико-математических наук,

профессор БШВЕВСШ В.Г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор СМИЛГА В.П.

кандидат физико-математических наук, доцент ШКР П.Г.

Ведуцаа организация: Ленинградский институт ядерной .

физики им. Б.П.Константинова

Зачита состоится а ИЕпя 1992 года в 10 часов на заседании специализированного совета К 056.03.1)9 по присуяденип ученой степени кандидата наук в Белгосуниверситете ( 220050, г.Минск, проспект Ф.Скорины, 4, главный ¿огпус, аул.20В ).

С диссертацией моано ознак шться в библиотеке Бедгосуии-верситета. >

Автореферат разослан пая 1992 года.

Нченмй секретарь специализированного совета кандидат физико-математических.наук

Й.В.ИВА1ИН

' / ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

! л Актхапьносгь_тены. Водородоподобные <В1Р атомы были и оста-, ются'традицисиныни объектами физических исследований. важность изучении которых не нуждается в многословной аргументации- Они.являются своеобразным "полигоном" для проверки и развития таких фундаментальных дисциплин, как квантовая нехвника :и квантовая электродинамика- Нёснотря на то. что ВП атоны в настоящее вреня являются однини из наиболее хорошо изученных объектов, у них удается об.т нарушить новые, ранее не иэчестные свойства- Так з 1976 г- В-Г-Ба-. рышевскин было показано, что у ВП атона в основной триплетнон состоянии инеется еще одна фундаментальная константа - электрический коадрупольный нонеит о. обусловленный сверхтонкий вэаинодействиен £СТВ> нежду ядрон и электропон- Обнаружение и прецизионное иэнере-ние величины о является весьма важный, поскольку. наПринер. ножет служить еще однин слособон проверки предсказаний квантовой элект-' родинаники- В связи с вошеиэложеннын представляется актуальный , проведение расчетов нультнпольных нонентов ВП атонов как в основ' нон. так и в возбужденных состояниях, в которых инеет несто усиление влияния СТВ- ■■ ' ■

Интерес к ВП агбнан не ослабевает также в связи с возможностью получения с их понощью сведений о свойствах различных сред-К нетодан- дающим информации такого рода, в настоящее вреня следует отнести нетод мки. поскольку с его помощью ножно изучать1 Поведение таких ВП систен. как неэоатоны и нюоний Ми. Наличие о * о у Ми в принципе может позволить получить информации о распределении не только магнитных, не и неоднородных электрических полей в веществе и тен саньи значительно расширить область применения не- . тода Ко для этого, как отнетил Г-Кальвиус" нь э~й международной конференции по ^зк с Hyp.ini. - 1964. - у.д7-19-.- р.973-976 5., "необходино научиться попинать язык, некоторой нюон расск.азцэает о свойствах тв-'Рдых тел. зондируемых ин по нашей команде"- Таким образом, изучение поведения ВП атомов- обладающих квадруподьнын нонентсн. в веществе представляется не ненее.актуальный, чей изучение свойств свободных ВП атонов- "л

Уё5ью_гиссевтааи0ннсй_еаб9ты яьпяется! ,, - получение аналитических выражений * для. обусловленных СТВ

з ' ■

нультипольных нонентов с нагнитного дипольного. электрического кэадрупольного и нагнитного октупольного 5 свободных ВП атонов. , находящихся в оснорнон и ближайших возбужденных состояниях;

- построение теории поведения ВП атона. обладающего электрическим квадрупольнын нонеьтон. в веществе;

- исследование особенностей повеления нкония в кристаллах, связанных с наличием у него электрического квадруполь-.ого нонента;

- проведение теоретической интерпретации имеющихся экспериментальных данных и разработка новых методик - исследований кьадрупольных взаинодействий нюои:<я в различных средах-

Научная.В работе получены аналитические выражения для ряда обусловленных СТВ нульти-польн'ых нонентов ВП атоноь. находящихся в основной и ближайших возбу. денных состояниях с полный нонентон электронной оболочки J - 1'/2- Показано, что рассчитанные нультипольные ноненты значи-• '(ельны по Беличине. и их необходино учитывать при анализе поведе-, ния ВП атона во внешней электромагнитной роле- В процессе расче-' тов влервые найдены поправки первого и второго приближений по СТВ к релятивистскин волновым функция« исходных состояний атона- учитывающие вклады как дискретного, так и непрерывного спектров- Найденные волновые Функции могут быть использованы в вычислениях не только нуль шпольных нонентов. но и других характеристик атона. что позволит^расширить область аналитически решаеных задач атон-ной физики-

Развита теория поведения принесного БП атона. обладающего квадрупольнын нонентон "конечных аэнеров". в кристалле, учитывающая кочебания центра инерции атона в междоузлии- На базе указанной теории с понощью модельных расчетов качественно объяснена экспериментально наблюдаемая изотопическая эависиность констант сверхтонкого к квадрупольного вэаинодействий ВП атона в «-ква,«це-

■Получен»1 и проанализированы выражения, описывающие временную эволюцию поляризации ^ моония. находящегося в неоднородной электрической поле кристалла как в нулевых, так и в ненулевых внешних нагнитных полях- Полученные выражения использовались и ногут быть использованы в дальнейшей при раг.рабоп е нетодик . экспериментов, направленных на изучени» квадруплпьнрго расвд>пления уровне!! нюо-ния Ь различных средах-

Дана детальная теоретическая интерпретац л результг. ов ^бй -экспериментов по изучению квадрупольных взаинодействий Ми в <» -' кварце- Доказано, что теиператургое изменение вклада квадрупольно-. го взаимодействия в сверхтонкое растепление уровней Ми в обусловлено диффузией по ориентационно различны» невдоузлиян и получено аналитическое выражение, описывающее наблюдаенор иэненение-Развита теория поведения ми в веществе р условиях воздействия на его уровни радиочастотных нагнитных и ультразвуковых полей и предложены човые методики рзк-чкспермнентов. имеющие ряд прей-' нушеств по сравнению с традиционными нетодикани- Показано, что предложенные методики весьна перспективны для изучения свойств вещее гва с понодью нюония. и их причинение ножет существенно расширить возножности метода . •

Осаовиые.пааожеаиа^.аыиосииьк-иа-айшагх'

- аналитические выражения для обусловленных СТВ магнитного ди-польного. электрического квадрупольного и нагнитного октупольного нонентов ВП атонов. находящихся в основной и ближайших возбужденных состояниях с полный нонентон электронной оболочки Л я

- аналитические выражения для поправок первого и второго приближений по нагнитнону дипольнону и электрической;' квадруиольнону СТВ к волмовын Функциям исходных состояний ВП атонов с 3 я

- теория поведения обладающего квадрупольнын нонентон' ВП атона в вевдетве; '

- результаты анализа квадрупольных взаинодействий нюония в кристаллах;

- детальная теоретическая интерпретация экспериментальных данных, полученных при исследовании квадрупольных вэаннодействий нюония в о - кварце;

- теоретический анализ влиянил квадрупольного нонента нюония на релаксацию спина положительного нюона;

-у теория поведения нюония в веществе в условиях воздействия на его уровни радиочастотных нагнитных и ультразвуковых полей;

- - нетодики. предназначенные для дальнейших исследований сверхтонких н квадрупольных вэаннодействий нюония в ведестве. обнаружения нюоиия в нагнитных ненеталлах и изучения • обненных сдвигов его уровней, а также получения информации о спин-фонон-ных взэянодействиях в твердых телах-

Ааробаии8_ваЁОГЫ- Основные результаты диссертационной работы докладывались на. I* Всесоюзной конференции по теории втснов и , и атоннмх спектров ^Ужгород. 19863. Всесоюзной сенинаре по теории атонов и атомных спектров стбилиси. 19883. I и и Всесоюзных и IV Международной совещаниях по ядерно-спектроскопическин иссле~ дованиян сверхтонких взаимодействий ¿Москва. 1905; Грозный. 1987; Ужгород. 19913. vin Международной симпоэиуне по ЯКР-спектроско-пии «Дарнштадт. 1985>. Международной синпозиуне по пробленан взаимодействия нюонов и пионов с веществен <Дубна.19873, vin Международной конференции по сверхтонки« вэаинодействиян cjipara. 19893. IV и V Международных конференциях по нюоннону Cfjsm методу сУпсала.1986; Оксфорд. 19903.

Публикации- Основные результаты диссертации опубликованы в 27 работах. С1схыхва_в__ûÉbeU-CaSQIfe)- Диссертация состоит из введения.

, трех глав, заключения и трех приложений- Она содержит 219 страниц ' нашинописногр текста, в числе которых 7 страниц с рисункани. 1 таблица. 19 страниц списка цитируемой литературы, включающего 182 наименования, и 22 страницы приложений-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В(2_ее£деиии обоснована актуальность исследования, сфорнули-рована его цель, перечислены основные положения, выносиные на защиту- Здесь se кратко изложено содеряанне диссертации-

Пе&ааа_слаай посвящена развитию теории образования электромагнитных нультипольных нонентов у свободных БП атонов. находя-иихся в состояниях с полный нонентон электронной оболочки J = 1^2-Эффект существования у ВП атонов • нультипольных нонентов порядка х > 2J обусловлен СТВ. которое примешивает к терну s^, .состояния

..... а к тер-ну - состояния Р,хв. и т.д. . до-

пускаеные эаконани сохранения полного нонента атона F»*-^ и его проекции м на ось квантования и инеющне ту же четность, что и исходное состояние- В отсутствие СТВ атон с J < не инеет нультипольных нонентов порядка х и выше, даже если его ядро обладает

спинон I

В п-1.1 обсуждается современное, состояние вопроса об электрических квадрупольных с \=г 5 нонэнтах <1 ВП атонов. находящихся е.

состолниях- Приводятся аргуненты в пользу г^лесообразностг. использования в расчетах <э. проводимых по теории вознущений. релятивистского оператора нагнитного дипольного СТВ-

В п-1-2 представлены результаты расчетов величины О для ВП атонов в состояниях Необходимые поправочные функции первого

порядка находились путен пряного решения воэнущенного уравнения Дирака. С использование» в качестве вознущения оператора Оерни-Брейта. описывающего нагнитное дипольное СТВ. были получены аналитические выражения для релятивистских волнорых функций, описываю-, щих лринесь состояний к. исходным и состоял^,!. и

вычислены квадрупольные ноненты- В частности.

л/4 2 У£>г а м t \)'М+34+е) нИ 45 21 а/( „ ' 1 '

с1 -15

где - нагнитнь-*1 нонент ядра. М4 »V 2С1 + у>' , г -\А - ' .. г - заряд ядра. « - постоянная тонкой структуры- а " У./пОа - Боровский радиус атона. ^х^)*'*'*'* ■ (¿1+0 • Индекс 'V здесь используется для того, чтобы подчеркнуть, что, а обусловлен магнитным диполънын СТВ- В нерелятивистскон пределе, когда о. выражения для с п"г<3 3 совпадают с нереляти-

вистскин результатон. полученный И-Б- Хриплоэичен и. А-С-Елховскпн срьув.]_е«л. - 1989-- V. 135А,- мб-7. - Р. 353-35<эЗ.

В отличие от нагнитноги дипольного СТВ. электрическое квадру-польное СТВ в первой псрядке теории вознущений прчнешивает к состояниян ВП атона состояния о^ н Релятивистское- выраже-

ние для С^з^' полученное с понощью найденных в п-1-2 соответствующих поправочпых Функций. инеет-вид=

о * Ж "оу~79 ь* С1.» /5-г (<1 х-О (¿1*7) с

где 02 - квадрупольный нонент ядра. £ =|(1-^(21,'3)/Г(<?Г+ Щ

Индекс "я" здесь показывает, что О обусловлен электрическин ква-друпольнын СТВ- В нере;;ятивистскон пределе С1-2Э переходит в формулу. полученную ранее В-Г-Барышевскин и С-А-Кутенен ¿Физика атомного ядра-с Материалы ян эинней школы ЛИЯФ.э Л-• 1978- С-95-114>. В п-1-3 получено аналитическое выражение для С^р^ атона.

полностью учнтывающер вклады дискретного и непрерывного спектров, причем принято во вниьание как нагнитное дипольное . так и злект-ри «ское квадрупольное СТВ- Нрхожление поправочных волновых функций. необходимых для вычисления О. осуществлялось пряьын решением воэнущенного уравнение Дирака по схеме, излоьлнной в предыдущем параграфе- Релятивистское выражение для Од. получается из сыэ

в ы ^ г\ Н

заненой —»■ £—' 13е-! {Ине на несколько

порядков превосходит (э^ ••

* /Л** • - ^ /^2/2 сьзэ

нии с равен -2-3 10 сн • Аналогичное соотношение инеет.

место для о4 ••

В нерелятивистскон пределе

^ " 3 г с - ы ы}1 >

где - магнитный ноне.нт электрона- Отнетин. что основной вклад в величину 0.2Р/ дает ближайший уроьень 2Р„а- Вклад зсех ост ль-

2 2

ных- и - уровней - это пропорциональная г а поправка

к величине О-

В п-1.4 отпечено, что. благодаря СТВ. у ВП атонсв в состояниях с возникает дополнительный нагнитный нонент Указанный нонент появляется лишэ во втором порядке теории возкущениЯ и* весьма нал- В основной сосгоянчи ВП атона

где м„ - нагнетон Бора для электрона- Для атона водорода. ' напри-нер. = -Э-Ю'^р,,- Поскольку электронный ч-фактзр иэне-

рен пока с точностью 1 на 10". обусловленные СТВ поправки Дм но- 1 гут в настоящее вреня не учитываться при иэнерении д-фькторпв ВП атонов. находящихся в основной состоянии- Иная ситуация инеет нес-то для возбужденного состояния 2Р4^а. Здесь, благодаря принепапа-нию близколежащего уровня величина Дм приблизительно на 7

порядков превышает ь^Х^^р- Для водорода.в частности. Д*Л2Р4/.аэ - -2-4'10~7рв. что в принципе ножет быть обнарухено экспериментально-

В п-1-5 установлено, что ВП аюны. спин ядра котор^к« > 1. ногут в состояниях обладать нагнитныни октупольнычи

с\=зэ нонентани о- Показано, что о * и будет возникать в первон порядке по электрическому квадрупольнону СТВ и лишь во второй порядке по нагнитнону дипольнону взаимодействию-

В п-1-6 выполнены расчеты величин о для и 2Р1Х, состояний ВП атона- При этон впервые найдены релятивистские поправочные функции 2-го по нагнитнону дипольнону СТВ порядка, описывающие принесь и - волн к соответствувдин исхсднын состояниям-

Установлено, что для нахождения поправочных Функций 2-го порядка теории возмущений нерелятивистский оператор нагнитного -диполЬного СТВ использовать не следует-

Расчет показал, что для состояния п'4"' .

Такин соразон.

Иначе обстоит дело в случае состояния: здесь вклад

второго порядка по СТВ в величину о нотет превосходит» вклад пер-

Ог кй-

гъ <-

где

вого порядка' Это кажущееся противоречие легко разрешается, если вспомнить, что величина о'1"* определяется принесью состоя-

ний. тогда как о'г> - принесы» близколежащего уровня 2РЭХ2-Итоговое выражение для а инеет следующий вид:

.. Согласно С1.б>.с1.73.октупольные ноненты ВП атоков в 131а/2> состояниях ногут значительно преЕышать ядерные октупольные ноненты ~ 10~г" сн*. где - ядерный нагнетон- Для дейтерия, например, при ° 2' 6'Ю~г4 см1. а. .0. ш

7.6-10 " сн1. Столь же большими по величине оказываются окту-польные ноненты атонов третьего столбца периодической системы с в. а1. в&. 1гО, имеющих один р-электром вне заполненных оЗолочек-

В п-1-7.рассмотрено расщепление уровне.1 ВП атома, обладающего октупольным нонентом. во внешен нагнитнон поле и обсуждены воз-

ножности экспериментального обнаружения такого расщепления/

ВхоЕаа_Слава посвящена изучению особенностей поведения в кристалле принесного ВЛ атона. связанных с наличием у него квадру-польного нонента <5В п-2-1 показано, что наличие у атона О Ф С может привести к возникновению анизотропного СТВ I ту его ядрон и электронон- Получены соотнолении. связывающие феноменологические постоянные СТВ А^ с характеристиками квадрупсльного взаинодействия- Для ВП атона с I » 1^2. напринер.

А- (А

АХ '

' I = (2Агг-Ах,'Л^)/3 >

В С2-Р а - константа СТВ. <) » з0р°я<-ь - константа квадрупольногп

взаимодействия. р°к ~ тензор градиента электрического поля СГЭПЭ. соэдаваеного в несте расположения атона. Ой г> « | с^- I ч

1 - п^-ранетр асиннетрии тензора ГЭП-

Выражения <2справедливы, вообще говоря, для "точечного"

слабо неняется на расстояниях порядка разнеров атона- На первый взгляд, такое предпологение оправдано, когда атон в кристалле находится в состоянии, блиэкон к вакуумному. то есть когда А~А0. где а^ - константа СТВ свободного атона- спри этоп разнеры ВП ато-на~о,»0-53 X сугзественно меньше характерных нежатонных расстояний в решетке-' Однако распределение квадрупольного монента является достаточно протяженный, и характерные расстояния, на которых формируется О. довольно велики и сравкины с кежатогшыни рас-стоянияни- Поэтому при рассмотрении квадрупольных взаимодействий принесного атона в решетке следует ожидать прояпл-зния "эффектов раэнера"-

3 п-2-2 развита теория поведения в веществе ВП'атона. обладающего квадруполькьд ноненток "конечных размеров"- Показано, что учет "неточечности" атона приводит к изненению характеристик его квадрупольного ээаинодействия с кристаллов О взаимодействует с так называеньш обобщенный тэнзорон ГЭП ^ » + Ак. включающин поправку д1к на "конечные разнеры"- Кроне того, константы а. <а и п усредняются по колебаниям центра инерции ВП атона в нездоуэлии-Квадрупольная структура уровней сохраняется, а вместе с ней сохраняют свою силу соотношения С2-1Э.

В п-2-3 на базе построенной теории исследована изотопическая . зависимость константы СТВ ВП атона в кристалле- Для оценок влияния решетки на принесный ВП атсн использовалась нодель.в которой предгг полагалось, что кристаллический потгнциал создается м локализованными в точках Г^ атонани или ионани лигандани> • причем по- . тенциал от каждого лиганда является экранировании)! кулоновскнн по-тенциалон:

ВП атона. поскольку при их выводе предполагалось, что тензор ГЭП

/✓

в

I Г — г,-1

с2-25

где 2 - заряд, а «Г* - паранетр экранирования J-гo лиганда-Расчет, проведенный по теории возмущений, покпэал.что

Л = Ао-({+ л) , с2.з>

Где -у «г

и а г. клгЧ ;

(Й - «^5

Отиетин. что при получении С2-4> было проведено усреднение по основному состоянию трсхнерного гармонического осциллятора- В С2-4Э » и - нассы электрона и ядра. «* » . цикличес--

кая частота колебаний атона. м » ю^ т^. «гГс 2 - дополнительный ■ интеграл вероятностей-

Анализ экспериментальных данных показал, что с понощью изотопической зависимости С2-4Э можно описать все известные на сегодняшний день ситуации в твердых телах- сречь »дет о небольших изменениях СТВ. когда в частности, для ВП атомов, локализованных в решетках фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, а также в решетке «-кварца. больше единицы и растет с увеличением нассы и изотопа- Такое поведение константы' А качественно объясняется зависимостью, типа ¿•к*'4, получающейся из С2-4> при к/га » от. 2 > П. В тех же случаях, когда 1 • как это'инеет несто в яелочногалоидных христаллах» экспериментальные данные нож-ьо описать зависимостью типа -ехрС/г-75Гэ. где Р > 0. получающейся из С2-4Э при << «г. 2 < 0- сОтрицательный знак у наряда 2 здесь означает, что кристаллический потенциал в несте локализации ВП атона определяется ионами галогенов-э Интересно, что в литературе пока не описаны случаи, когда бы отношение унень-шадось с ростон нэ.ссы ВП изотопа-

В п-2-4 проанализирована экспериментальная ситуация в «-кварце. в решетке которого ногутлокализовываться водород, дейтерий и нюоний- В ранках используемой в предыдущем параграфе модели показано. что наблюдаеная визотопическая) зависимость квадру-

польной постоянной определяется, как и аналогичная зависимость константы СТВ. нулевмни колебанияни ВП атона- Предсказана величина квадг юльной постоянной для атона трития т. который пока в «г кварце не обнаружен-- ~ И МГц.

1ьехьа_слава посвящена исследованию квадрупольных вэаинодей-ствий в кристаллах атона нюония Ми-

В 3-1 и 3-2 получены и проанализированы выражения, описывающие врененную эволюцию поляризации нюона атона ми, находящегося в неоднородной электрическон поле кристалла как в нулевых, так и в ненулевых внег чх магнитных полях в. Полученные выражения использовались при разработке негодики а'Яг-эксперинента по изучению ква-друпольного расщепления уровней Ми в кристаллах- Показало, что определение констант <1 и п квадрупольного взаинолейстэия ми удобно приводить с поношью рзк-изнерений при в ■ о. топа как для нахождения ориентации осей тензора ГЭП целесообразно использовать промежуточные магнитные поля: <1 << « а, где ов< 0 - э-фак-тор электрона-

В п-3-3 детально проанализирована экспериментальная ситуация в «-кварце- Предсказано явление изненения знака константы <1 нкюния при изненении тенпературч- Из данных м£й-эксперинентов. проведенных совместно с сотрудниками ЛИЯФ АН СССР, определены как значения паранетров квадрупо-ьного взакнодействия Ми в «-кварце. так и ориентация главных осеГ. тензора ГЭП- Оказалось, что при т> 180 к тензор ГЭП на ми аксиальни симметричен ст)-о> относительно оптичес-

л

кой оси с а-хварца. а квадрупольная постоянная отрицательна и нала по величине: - 0-517С8Э МГц- Иная картина наблюдается при т < 120 К: а « 9-27С4Э (Гц. п = 0- 354С4>. Главные оси тензора ГЭП при этон ориентированы следующий образоч: ось у направлена вдоль электрической оси второго порядка оси * и * лежат в плоскости, перпендикулярной угол «в между осяни * и с равен <27± г*"-

Доказано, что температурное иэненение вклада квадрупольного взаинодействия в сверхтонкое расщепление уровней ми в '«-кварце обусловлено диффузией по ориентационно различным иеждоуэлиян- Рас-' чет показал, что средний градиент электрического поля, который "чувствует" М". совершающий быстрые перескоки между своини низко-тенпературнынй положениями в решетке «-кварца, имеет аксиальную • синнетрию относительно оси с. а наблюдаемая высокотемпературная

константа квадрупольного взаинодействия > связана с низкотемпературной константой а следующий образон;

<Ы> = с1 [ап.го10 - ¿г (1'11)соь1<4о ] . с3.1э--

Форнула СЗ-Р. хорошо описывающая наблкдаеное тенпературное изменение константы <1. была использована для более точного определения величины угла <*о с лонощью данных м^к-изнерений в нулевых нагнитных полях: ал - с26-7± 0-33°.

В и 3-5 развита теория поведения чи в веществе в условиях воздействия на его уровни-радиочастотных нагнитных нолей и предложен новый нетод изучения квадрупольных взаинодействий ми - нюоние-вый квадрупо.г.ьный резонанс- Кроне того, предложен нетод обнаружения Ми в нагнитных полупроводниках и диэлектриках и последующего изучения обневных сдпигов его уровней в указанных реществах-

В п-3-6 исследовано влияние квадрупольного ноненте. недиффун-дирующего в кристалле Ми на релаксацию спина и • При этон использовалось феноменологическое описание, основанное на теории типа Вангснесса-Блоха- Показано, что. благодаря наличию у ми а ф о.

осцилляции поляризации V* на частоте ж\/спагра + в слабых нагнитных полях I I <<|т!т>| будут затухать со скоростью. З«-"^- с "Здесь и р нагнитные ноненты электрона и нюона. г среднее вреня ожидания "опрокидывания" спина электрона ми.з Пока- . зано также. что в отсутствие нагнитного поля характер релаксации компоненты поляризации, направленной вдоль оси * тензора ГЭП. . целиком определяет:я соотношением неаду V и ¿п-- при <12"4*>1 затухание поляризации сопровоадается осцилляцияни на частоте « ' . тогда как при * >12"<*г> | осцилляции отсутствуют -Отнетин. что в аксиально синнетричнон случае -1 « 0. и эффекты затухания осцилпяций поляризации ^ на частоте в слаСон продольном нагнитнон поле со скоростью а также перехода от осцилляции к затуханию в нулевой нагнитнон поле будут отсутствовать-

В п-3-7 расонотрено влияние ультразвуковых колебаний, резонансный образон воздействующих на уровни сверхтонкой структуры Ми, на поведение поляризации м и предложен новый нетод изучения твердых тел с понощью Ми - нюониевый акустический-резонанс смчар!. По-' казано. что наличие периодического резонансного акустического воз-

иущемия приводит к появлению характерных осцилляций и существенно неняет картину прецессии и релаксации спина нюона- При этой иэ измерений частот прецессии можно извлечь инфорнацию о спин-фононных взаимодействиях в кристаллах- Приведены результаты ^ж-эксперинен-тов. посвященных обнаружению явления КиАР в «-кварце.

В_аакД1И£Ш1Ц кратко перечислены основные результаты, полученные в диссертационной работе-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1- Развита теория образования нультипольных нонентов у свободных ВП атоиов и получены аналитические выражения для обусловленных СТВ нагнитного дипсьиого. электрического квадрупольного и нагнитного октупольного нонентов ВП атонов. находящихся в основ-нон и ближайших возбужденных состояниях с полный нэнентон злект-' ронной оболочки J = Показано, что рассчитанные нульткпольные

I ноненты значительны по величине, и их необходимо учитыоать при анализе поведения ВП атона во внешней электромагнитной полег. Непосредственный решением возмущенного уравнения Дирака впервые получены аналитические выражения для ряда поправок первого и второго приближений по СТВ к волновым функциям исходных состояний ВП атонов с J - учитывающие вклады как дискретно-

го. так и непрерывного спектров- В частности, найдены релятивистские волновые функции, описывающие принесь состояний к исходный и состояниям, а также прннесь состояний к исходнону состоянию в первой порядке по магнитному ди-польнону СТВ. принесь состояний оаул < и ряуг • соответственно к состояниям I5,,, и 2р></г в первом порядке по квад-рупольнону СТВ и. наконец, принесь состояний и к соответствующим исходнын состояниям и во втором порядке по нагнитнону дипольнону СТВ-

з. Развита теория поведения в веществе ВП атона. обладающего квадрупольнын нонентон "конечных размеров"- Показано, что учет "неточечпости" приводит к изменению характеристик квадрупольного взаимодействия' квадрупольный нонент взаимодействует с обобщенным тензорои ГЭПвключающий поправку на "конечные раэнеры"- кроне того. константы квадрупольного и сверхтонкого взаинодействий усред-

няются по колебаниян центра инерции атона в неждоуэлии- "а базе построенной теории с понодыо нодельных расчетов качественно объяснена экспериментально наблюдаемая изотопическая за^'^иность константы СТВ и квадрупольной постоянной ВП атомов в »-кварь^-

■*■ Получены и проанализированы выражения, описывающие без учета релаксации временную эволюцию поляризации нюона нюония. обладающего квадруполькын нонентом и находящегося в неоднородной электрическон поле кристалла как в нулевых, так и в ненулевых внешних нагнитньа полях- Предложена нетодика - экспериментов, позволяющая определить знак квадрупольной постоянной ми.

3- Предсказано явление изменения знака квадрупольной постоянной Ми в «-кварце при изменении тенпературы- Совместно с сотрудни-кани ЛИЯФ Ан СССР поставлены л^к-экспериненты по изучению квадру-польных взаинодействий Ми в «-кварце- Дана детальная теоретическая интерпретация полученных экспериментальных результатов- Определены паранетры квадрупольного взаинод^йствия и ориентация главных осей '. тензора ГЭП на в кристалле »-йо,- Доказано, что температурное > иэнэнение вклада квадрупольного взаимодействия в сверхтонкое рас-шепление урозней Ми в «-кварце обусловлено диффузией по ориента-циокно раэлнчнын неждоуэлиян- Получено аналитическое выражение, количественно описывающее йаблюдаеное изменение-

е. с использованием феноменологического описания, основанного на теории типа Вангснесса-Блоха. проанализировано влияние ква-друпольмого нонента недиффундирующего в кристалле Ми на релакса-' цию спина м •

7. развита теория поведения Ми в веществе в условиях воздействия на его уровни радиочастотных нагнитных полей и предложен новый метод изучения квадрупольных взаинодействий ми - нюоние-вый квйдрупольннй резонанс- Кроне того, предложен нетод обнаружения ни в нагнитных полупроводниках и диэлектриках и последующего изучения обненных сдвигов его уровней в указанных веществах-

е. Предложен новый метод изучения твердых тел с помощью ми -нюониевый акустический резонанс сниДГ>. в основе которого ле*ит резонансное воздействие ультразвука на уровни сверхтонкой структуры нюония- , .

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Baryshevsky V. G. . Kuten S. A. . Rapoport V.I. Quadrupole moment of muonlum And byferfln* structure of muonlum levels In slll-

CO., ✓✓ Phys.Lett. A. - 1982." V.88A. - «6-- P-289-291-

2- Baryshevsky V. 3. . Kuten S. A. , RapoporV.I. Does quadrupole constant of hydrogen (muonlum) In a - quartz change its sign?/'-' Solid State Commun. - 1982 " V. 44-- N4,- P. 515-5163- Барышееский В-Г-. Кутень С-Л-. Рапопорт В-И- Квадрупольный но-

нент нюоння и сверхтонкая структура уровней нюоння в кристаллах " Вестник Белорусского ун-т?. сер.1 : фиэ . нат- и нех- -1983. - N1.- С. 64-654- Baryshevsky v. о. .Kuten S. А. < Rapopor t V.I. Quadrupole splitting of hydrogen-like atom levels in crystals SS phys. stat.

solidiCb?. - 1983-- v.116. - N2-- P. 489-500.

3- Барытевский В-Г-• Кутень С-А-. Рапопорт В-И. Водород в кристаллах: квадрупольные взаимодействия ФГТ-- 1983 - т. 23- -М7-- С-2080-2084-

6. Baryshevsky V. О. . Kuten S. А. . Rapoport V.I. Quadrupole Interactions of »fti ilurn In a - quai tz ss J.Phys. С •. Solid State

Phys. - 1983-" V.16. - N34-- P. 6651-6667. '

7. Барытевский В- ["-• Кутень C A-. Рапопорт В-И- Квадрупольный но-нент водородоподобного атона а 2р,х2- состоянии IX Всесомэ-конф- по теории атонов и атонных спектров s Тез- докл- - Ужгород. 1985- С- 328. Baryshevsky V. О. . Ki-ten S. А. . Rapoport V.I. Relatlvlstlc theory of He hydrogen atom quadrupole 'moment 1 ri the 2P(/| stated

J.Phys.B: At.Moi.Phys.-1985 - v. 18. - ИЗ. - P. L121-U23-9- Барытевский В-Г-. Кутень С- A-. Рапопорт В-И- Квадрупольные но-ненты водородоподсбнюс атонов " Спектроскопия автоионизационных состояний атонов и ионов- - М . 1985- С-136-153-10- Барытевский В-Г-. Кутень С-А-. Рапопорт b-И- Релаксация поляризации нюон* в нюонии при наличии квадрупольного вэаинодействия " I Всесоиэ- совет- по ярерно-спектросгопкческин исследованиям сверхтонких взаимодействий; Тез- докл- - М-.19ь5- С-63-

Ц. Barsov S. О. . Oetalov A. L. , Gordeev V. А. , Кг uglov S. Р. . Kuzmln L. А. . Mlklrtychyanta S М. . S^cherbakov в. V. . Baryshevsky V. в. . Км ten S. А. • Rapoport V.I. Inve-sLl gation of nuonlum quadrupole Interaction In a-qvartr In'U>e temperature region ?5"120 К /У Phys. Lett. A. -1985--v.UOA. - »4.- P. 225-227.

12- Барышевский В-Г-. Кутень CA-. Рапопорт В. И- Квадрупольные взаимодействия и диффузия нюония в «-кварце" Вестник Белорусского ун-та. сер-Ь физ-> нат- и нех- - 1986- - Не- - С-71-72-

13- Баршевский В-Г-. Кутень С- А- • Рапопорт В-И- Релаксация поляризации нюона в нюонии при наличии кведрупольного взаимодействия^' Изв- АН СССР, сер- физ- -19S6- -Т. 50-- "12- - С-2340-2344-

14. Baryshevsky V.O., Kuten S.A.. Rapoport V.l. Quadrupole int,®-r-actleiia of ir.uorii um in crystals УУ 2. Matur-f orech. , — 1986--

V.414 - Ni.- P-19-23-]5. Bareov s>. 0. , <Set»lov A.L. . Gordeev V. A. , Kruglov S. P. , Kuzmin L. A. , Mikii-tychyants S. M. , Shcherbakov G. V. ■ Baryshavsky V. G. , Kuten S.A.* Rapoport V.l. Temperature, dependence c*f the* quadrupel« i nteraction Arid the diffusion of muonium atoms in a -quartz /V Hyperfino Interactions.-1986-- V. 32. - Р-6Э1-635-16- Кутень С- A.. Рапопорт В-И- 0 возможности обнаружения нюония в магнитных полупроводниках и диэлектриках ^ Доклады АН БССР- -1987.- Т.31. - N8. - С.703-706-

j 17- Кутень С-А-. Рапопорт В-И- Мюониевый квадрупольиый резонанс'-' Иэв- АН БССР, сер- физ.-нат- наук- - 1987--»5-- С-100-105-18- Кутень С-А-. Рапопорт В-И- Сверхтонкие взаинодействия и образование октупольного нагиитного нонента у водородоподобных атонов в состояниях ls^ и 2piyz уу 11 Всесоюэ- совещ- по ядерко-спектроосолическин исследованиям сверхтонких взаинодей-ствиИ : Тез- докл- - Грозный. 1987- С-170-19. Барышевский В-Г. • Кутень С- А-. Рапопорт В-И-. Барсов С-Г-> Гордеев В-А: Мюоний в веществе; особенности поведения, связанные с наличием квадрупольного нонента Мюоиы и пионы в веществе: Труды неждунар- сини- по проблемак взаинодействия нюонов и пионов с Вещестеон- 30 июля 1987-- Дубна: 0ИЯИ. 1987-С- 198-202,

20- Кутень С-А- . Рапопорт В-И- Мюоний и обненные сдвиги его уровней в нагнитпых полупроводниках и диэлектрикахМюоны и пионы в Еецестве-' Труды неждунар- слип- по проблемам взаимодействия нюонов и пионов с веществом- 30 июля 1987-- Дубна-0ИЯИ. 1907. С 203-207. . ..

21- Барьшк?вскнй В-Г-. Кутень С-А.. Рапопорт. В-И- С существовании магнитного октупольного нонента у незоагонов в

состояниях ss Мюоны и пионы в веществе; Труды неждунар- сияп-

по проблемен взаимодействия нихжов и пионов с веществен- 30 июля 1987.-Дубне: ОИЯИ. 1987- С-389-392-

22- Кутень С- А • • Рапопорт В-И. Магнитный октупольный момент водо-родоподобного атома в is^2 и 2р1Уг состояниях // Всесоюз-сенинар по теории атонов и атомных спектров: Тез- докл- - Тбилиси. 1988- С-5-

23- Кутень С-А-. Рапопорт В-И- 0 сукествованни магнитного октуполь ного нонента у водородоподобных атонов в состояниях Is,и 2Р^2 Оптика и спектроскопия. -1989- - т. 67-- N4-- С-756-760.

24- Bar so V S. <3. . <3ord«ev V. А. , Bar yeheveky V. О. . Kut»n S.A.. Rapo-port V.l. 4yperflne muonlua interaction In oi-quart.se ✓✓ Vlllth Int. Conf. on Hyr»rflr>» Interactions s Booklet of Abstracts. -

Prague, 1989- P.B1-34-

23- Barsov S. 3. . Sordaev V. A. . Baryshevxky V.O.. Kutei S.A., Rapo-port V.l. Hyperfin« interactions of rriuonium 1 n alpha-quartZ'V Hyperfine Interaction». - 1990-- V-60." P-713-716-

26- Biryehtvsky V. ö. . Kutan S.A.. Rapoport V.l. Muonlum acoustic resontnee// Hyp^rfin» Interaction^. - J99Û-- V.(,3- -P. 1101 -Ц06-

27- Барсов С-Г- . Геталов А-Л-. Кслтев В-П>. Кузьнин J1-A-. Кутень С-А-► Микиртычьянц С-М-. Панов В-В-. Рапопорт В-И-. Щербаков Г-В- йоониевый акустический реэопанс в <* - кварце Препринт ЛИЯв-1682. - Л. : ЛИЯ®. 1991--10с-

Подписано к печати 11. OS. 1992г. За*. 27в Гмр. 10О Отпечатано иа ротапринт« ИВЦ Минфина РБ Ооаксжого , 17