Направление: 011200 Физика
Профиль: Квантовая механика атомов, молекул и твёрдых тел
Кафедра квантовой механики
Научный руководитель: проф. В.М. Шабаев
Рецензент: проф. Д.А. Тельнов

Расчёты вероятностей возбуждения и ионизации водородоподобного иона в сильном лазерном поле
Иванова Ирина Валерьевна

	В настоящее время лазерные технологии стремительно развиваются. Интенсивность лазеров уже достигла величин, которые позволяют исследовать релятивистские эффекты при взаимодействии света с веществом. Многозарядные ионы являются наиболее интересными объектами для изучения в таких сильных полях. Теоретическое описание тяжёлого многозарядного иона под действием сильного лазерного поля требует полностью релятивистского раcсмотрения, поэтому необходимо решить нестационарное уравнение Дирака. 
Был разработан метод исследования взаимодействия водородоподобного тяжёлого иона с сильным лазерным полем. Лазерное поле было выбрано в виде короткого импульса, зависящего только от времени и обладающего линейной поляризацией. Пренебрежение координатной зависимостью в лазерном векторном потенциале называется дипольным приближением. В данном приближении рассматриваемая задача обладает аксиальной симметрией.  
Нестационарное уравнение Дирака решается численно в конечном базисе. Зависящая от времени релятивистская волновая функция раскладывается по базису, состоящему из решений стационарного уравнения Дирака для электрона в кулоновском потенциале ядра. Базисные функции находятся с использованием метода дуально-кинетического баланса, коэффициенты разложения в каждый момент времени – с помощью метода Кранка-Николсон.  
Разработанный метод был протестирован на различных примерах. Были рассчитаны вероятности остаться в основном состоянии, возбуждения и ионизации ионов, взаимодействующих с лазерным полем. Вычисления проводились в двух калибровках потенциала взаимодействия – в калибровке скорости и калибровке длины. 
Проведено исследование сходимости результатов расчёта по всевозможным варьируемым параметрам. Расчёты выполнены для водородоподобных ионов с Z = 47, 50, 52, 54. Особое внимание было уделено исследованию сходимости рассчитанных значений вероятностей в зависимости от максимального значения полного углового момента электрона, учтённого в вычислениях. Найдены оптимальные параметры для расчётов. Также подробно был рассмотрен вопрос включения состояний отрицательно-энергетического континуума Дирака в расчётный базис. Выявлено, что эти состояния не оказывают влияния на результаты расчёта, если для потенциала взаимодействия использована калибровка длины. Однако учёт состояний отрицательно-энергетического континуума Дирака необходим при проведении вычислений в калибровке скорости, так как их включение в расчётный базис существенно меняет результаты. 
Были рассчитаны вероятности электрических дипольных переходов из начального 1s в возбуждённые состояния водородоподобного иона аргона (Z = 18), вероятность ионизации и вероятность остаться в исходном состоянии под действием сильного лазерного поля. Рассчитана вероятность многофотонной ионизации одноэлектронных ионов серебра и олова (Z = 47, 50) как функция длины волны лазера. Проверено, что результаты расчётов, полученные в калибровке длины и калибровке скорости совпадают друг с другом. Полученные результаты исследования процесса многофотонной ионизации могут быть полезны для будущего эксперимента HILITE на оборудовании GSI и FAIR (Darmstadt).

Список публикаций
1. I.V. Ivanova, A.I. Bondarev, I.A. Maltsev, D.A. Tumakov, and V.M. Shabaev. Relativistic calculations of excitation and ionization probabilities in highly charged H-like ions exposed to intense laser fields // Journal of Physics: Conference Series, 2015 (принята к печати).
2. I.V. Ivanova, A.I. Bondarev, I.A. Maltsev, and V.M. Shabaev. Ionization probabilities in highly charged ions exposed to strong laser fields // Book of Abstracts, International Conference on Science and Technology for FAIR in Europe. Worms, Germany, 2014.
3. I. Ivanova. Solution of the time-dependent Dirac equation for a hydrogenlike ion exposed to a strong laser field // Book of Abstracts, International Student Conference «Science and progress». St. Petersburg, 2014. P. 125.
4. I. Ivanova. Solution of the time-dependent Dirac equation for the U91+(1s) – U92+ collision with the partial wave expansion // Book of Abstracts, International Student Conference «Science and progress». St. Petersburg, 2013. P. 90.
5. I. Ivanova. Solving the time-dependent Dirac equation with the B-spline basis set method // Conference Proceedings, International Student Conference «Science and progress». St. Petersburg, 2012. P. 107-111.

Автор магистерской диссертации:                                                                     И.В. Иванова
Научный руководитель:                                                                                       В.М. Шабаев