Dokładne wyznaczanie własności atomu helu i cząsteczki wodoru z wykorzystaniem funkcji jawnie skorelowanych
Loading...
Date
2023
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Accurate determination of helium atom and hydrogen molecule properties using explicitly correlated functions
Abstract
Rozprawa doktorska poświęcona jest wyznaczaniu dokładnych przewidywań teoretycznych własności atomowego helu i molekuły wodoru w ramach teorii NRQED oraz z wykorzystaniem funkcji jawnie skorelowanych. Wymagało to rozwinięcia metod obliczeniowych, zbudowania oprogramowania dedykowanego poszczególnym zagadnieniom, a następnie wykonania złożonych obliczeń numerycznych. Obliczenia dotyczące molekuły wodoru zostały wykonane w podejściu w pełni nieadiabatycznym. Dla H2, HD oraz HT został wyznaczony wiodący rząd stałej ekranowania, który uwzględnia efekty skończonej masy jądra. Na podstawie otrzymanych wyników dla HD i HT oraz dostępnych pomiarów NMR zostały wyznaczone momenty magnetyczne deuteronu i trytonu. Jeśli przedstawiony w pracy wynik stałej ekranowania dla H2 zostanie uzupełniony o poprawkę relatywistyczną, możliwe będzie ustalenie bezwzględnej skali przesunięć chemicznych w spektroskopii NMR protonu. W przypadku helu-3 została wyznaczona stała ekranowania razem z~poprawką QED. Dokładność wyniku pozwala na ustanowienie nowego standardu dla absolutnej magnetometrii. W pracy zostały przedstawione wyniki dotyczące poziomów energii cząsteczki wodoru. Po uwzględnieniu poprawki QED do energii dysocjacji HD otrzymano wynik, który był rozbieżny z dostępnym wówczas eksperymentem o 3.2 σ. Po 4 latach ukazała się publikacja przedstawiająca wynik nowego pomiaru, który potwierdził nasze przewidywania. Przedstawione wyniki nieadiabatycznej poprawki relatywistycznej dla cząsteczek H2 oraz HD w stanach wzbudzonych rotacyjno-wibracyjnie J=1,2, v=0,1,2, mają potencjał zostać wykorzystane do wyznaczenia energii przejść, wychodząc naprzeciw najdokładniejszym obecnie eksperymentom.
The doctoral dissertation concerns accurate theoretical predictions of atomic helium and hydrogen molecule properties. The calculations were performed with the use of explicitly correlated functions and the NRQED theory, that required development of computational methods, and dedicated software for each task. The direct nonadiabatic approach was used in all calculations regarding the hydrogen molecule. The leading order of the shielding constant was determined for the H2, HD and HT molecules. The obtained HD and HT shielding constant values were used for determination of deuteron and triton magnetic moment. Moreover, supplementing the H2 shielding constant with a relativistic correction, may result in determination of the absolute scale of chemical shifts in the proton NMR spectroscopy. In case of the helium-3 shielding constant, the QED correction was determined. The accuracy of obtained value permits establishing a new standard for absolute magnetometry. Moreover, the results of the hydrogen molecule energy levels were presented. Applying the determined QED correction to the HD dissociation energy led to acquiring results that diverged over 3 σ from those obtained in experiment. Four years later, the result of a new experiment was published confirming our predictions. The presented results of the nonadiabatic relativistic correction for H2 and HD molecules in rovibrational excited states J = 1, 2, v = 0, 1, 2$have the potential to be used for determination of the transition energies and thus verifying experimental data.
Description
Wydział Chemii
Sponsor
Badania przedstawione w niniejszej rozprawie były finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektów: Ultraprecyzyjne wyznaczanie stałej ekranowania dla helu-3, PRELUDIUM 18, 2019/35/N/ST4/04445; Nowe standardy precyzyjnych obliczen dla przejsc rotacyjno-wibracyjnych w czasteczce wodoru oraz lekkich jonach molekularnych, SONATA BIS 9, 2019/34/E/ST4/00451.
Badania te były takze objete wsparciem projektu HighChem – interdyscyplinarne i miedzynarodowe studia doktoranckie z elementami wsparcia współpracy miedzysektorowej” realizowanym w ramach Programu Operacyjnego Wiedza, Edukacja, Rozwój (nr projektu POWR.03.02.00-00-I020/17).
Keywords
nrqed, relatywistyczna, ekranowanie, skorelowane, nieadiabatyczne, relativistic, shielding, correlated, nonadiabatic