Атом водорода в сверхсильном магнитном поле

Для водорода в сверхсильном магнитном  поле полный набор квантовых чисел состоит из проекции спина , номера уровня Ландау , числа узлов ν волновой функции и проекции орбитального момента m. Первые два квантовых числа в основном состоянии при В≫1 фиксированы. При В≫1 проекция спина и можно ограничиться рассмотрением только нижнего уровня Ландау . Тогда радиальная часть волновой функции

            (2.14)

В отличие от свободного движения электрона  в магнитном поле, для которого энергия не зависит от проекции углового момента, здесь энергия основного состояния слабо зависит от m и в дискретном спектре имеются возбуждения, соответствующие разным значениям циклотронного радиуса . Соответствующие значения энергии связи получаются из (2.4) заменой , так что

                                               (2.15)

Напомним  еще раз, что аналитические выражения  для энергии являются асимптотическими формулами, полученными с логарифмической  точностью, т.е. по крайней мере при ln B ≫1. Поэтому они дают правильные значения для энергии связи только по порядку величины. Из (2.15) следует, что для m ≫ 1 расстояние между уровнями m и m + 1 приблизительно составляет

                                                      (2.16)

 

 

 

 

 

Заключение

 

Присутствие сверхсильного магнитного поля коренным образом изменяет физические свойства вещества. Полностью изменяется строение электронных оболочек атомов. Атомы становятся сильно вытянутыми вдоль магнитного поля. При этом их энергия связи и потенциал ионизации существенно увеличиваются. Изменяются также характер и интенсивность межатомного взаимодействия и, как следствие, структура вещества.

В основном состоянии полностью поляризованные в сильном магнитном поле атомы становятся слабо взаимодействующими. Более того, газ водородоподобных атомов образует слабонеидеальный бозе-газ, не замерзающий вплоть до нулевой температуры. В то же время слабо возбужденные атомы водорода могут образовывать молекулы с относительно большой энергией связи и длинные полимерные молекулярные цепочки.

Присутствие молекул водорода (или гелия) в  атмосфере пульсаров может влиять на скорость охлаждения атмосферы и должно проявляться в ультрафиолетовых и рентгеновских спектральных наблюдениях.

Выполненные расчеты энергии связи вещества на поверхности нейтронной звезды говорят в пользу моделей магнитосферы со свободной эмиссией. Действительно, энергия связи атомов железа согласно расчетам  порядка температуры поверхности и слишком мала для предотвращения свободной эмиссии в сильном электрическом поле.

Имеется, однако, другая возможность, не рассматривавшаяся до сих пор. С течением времени благодаря аккреции водорода и гелия на поверхности пульсара могут образовываться молекулы, состоящие из чередующихся тяжелых и легких атомов. Предварительные оценки показывают, что энергия связи таких смешанных молекул может быть довольно большой.

Если  более точные расчеты подтвердят вышеприведенные оценки, то возможен следующий сценарий эмиссии пульсара. Сразу после рождения пульсара его магнитосфера описывается моделью со свободной эмиссией, а по мере накопления на поверхности в результате аккреции легких атомов истечение вещества из звезды может стать полностью запертым. Если такая эволюция действительно имеет место, то модели магнитосферы со свободной эмиссией должны лучше описывать молодые пульсары, а модели с запертым истечением вещества из звезды должны быть более пригодны для старых пульсаров.

Укажем  здесь также на новую возможность  механизма молекулярного лазерного излучения водорода на поверхности нейтронной звезды. Такое излучение может быть обусловлено переходом между высоколежащим метастабильным сильносвязанным состоянием водородоподобных атомов в синглетном терме и практически несвязанным основным состоянием атомов, взаимодействующих через потенциал триплетного терма. Заметим, что, поскольку во всех моделях магнитосферы пульсара имеется обратный поток частиц высокой энергии, лазерная накачка обеспечена при любой модели магнитосферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Сахаров А.Д., Людаев Р.З., Смирнов Е.Н. и др. ДАН СССР 165 65 (1965)
2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика (М.: Наука, 1989)
3. Королев А. В., Либерман М. А. ЖЭТФ 100 407 (1991)
4. Горьков Л. П., Питаевский Л. П. ДАН СССР 151 822 (1963)
5. Беляев С. Т. ЖЭТФ 34 433 (1958)
6. Попов В. Н. Функциональные интегралы в квантовой теории поля и статистической физике (М.: Наука, 1980)
7. Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П. Статистическая физика Ч. 2 (М.: Наука, 1978) § 14
8. Кадомцев Б. Б., Кудрявцев В С Письма в ЖЭТФ 13 15 (1971)
9. Кадомцев Б. Б., Кудрявцев В С ЖЭТФ 62 144 (1972)
10. Кадомцев Б. Б. ЖЭТФ 58 1765 (1970)
11. Кадомцев Б. Б., Кудрявцев В. С. Письма в ЖЭТФ 13 61 (1971)
12. Келдыш Л. В., Онищенко Т. Ф. Письма в ЖЭТФ 24 70 (1976)