Hydrogen and Helium Atoms and Molecules in an Intense Magnetic Field
Jeremy S. Heyl, Lars Hernquist
我们计算氢和氦的原子结构，原子和分子在强磁场，分析和数值与明智地选择的基础。
We calculate the atomic structure of hydrogen and helium, atoms and molecules in an intense magnetic field, analytically and numerically with a judiciously chosen basis.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Angular distribution in two-photon double ionization of helium by intense attosecond soft X-ray pulses
研究了强（$10^{15} W/cm^2$）超短（$\approx 300$ as）软X射线脉冲（E = 91.6 eV）对氦原子的双光子双电离。用耦合通道法求解含时双电子薛定谔方程。我们发现，对于超短脉冲的角度分布的喷射电子取决于脉冲的持续时间，并提供了新的见解电子相关性的作用，在两个电子的光电发射过程。在"独立电子“峰附近能量的角分布接近于偶极，而在关联发射的”谷“中，它在几百阿秒内获得了一个重要的四极分量。
Hydrogen and Helium atoms in strong magnetic fields
本文计算了强磁场中氢原子和氦原子的能级。目前的工作包含这些系统的前几个低洼状态的结合能的估计，这是对以前的估计的改进。该方法包括计算这些单电子和双电子系统的广义二维Hartree-Fock偏微分方程的本征值和本征向量的自洽方式。这里描述的方法适用于任意强度的磁场中的原子结构的计算，因为它利用了问题的自然对称性，而不假设用于表示电子的波函数的任何基函数或通常采用的绝热近似。该方法被发现是很容易扩展到系统具有两个以上的电子。
Charged Hydrogenic, Helium and Helium-Hydrogenic Molecular Chains in a Strong Magnetic Field
本文对存在于强磁场$B \lesssim 10^{16} $ G中的带电类氢分子链、氦分子链和含一个或两个电子的混合类氦氢分子链进行了非相对论分类。结果表明，对于这两个$1e-2e$的情况下，在最强的研究磁场的最长的类氢链包含最多5个质子，表明存在的$\rm{H}_5^{4+}$和$\rm{H}_5^{3+}$离子，分别。在氦链的情况下，最长的链可以存在于最强的研究磁场与三个和四个$\al-$粒子的$1e-2e$的情况下，分别。对于混合氦-氢链，在所研究的最高磁场下，重中心的数目可以达到5个。一般来说，对于固定的磁场，双电子链比单电子链束缚得更多。
Electron double-emission spectra for Helium atoms in intense 400 nm laser pulses
本文计算了He原子在波长为$394.5\,nm$的强激光脉冲作用下的双光电子发射，强度为$3.5 - 9.2\times 10^{14}W/cm^2$。联合动量分布证实了经典弹道计算中所见的特征。随着强度的增加，从背对背发射到并排发射的显著转变、$He^{++}/He^+$比率和联合能谱的调制与最近的实验很好地一致[Henrichs等人，PRA 98，43405（2018）]，如果承认实验强度增加了一个因子$\sim 2$。我们发现，弗里曼共振增强反相关发射，我们确定的联合角分布中的电子排斥的签名，我们解释的调制联合能谱作为一个签名的多个applisions。
Low-energy muon-transfer reaction from hydrogen isotopes to helium isotopes
在二态和六态紧耦合近似下，在坐标空间积分-微分Faddeev-Hahn型方程的三体量子力学框架下，研究了μ子氢H $_μ$和氦（He $^{++}$）低能碰撞中μ子的直接转移.最终状态的库仑相互作用的处理没有任何近似采用适当的库仑波在最终状态。目前的结果与以前的半经典计算相当吻合。
Coherent Compton scattering from hydrogen and helium atoms
我们开发了一种方法来描述相干康普顿散射的光子在keV的能量范围内的氢和氦原子的基础上的相对论版本的AA-近似的标准微扰S-矩阵形式主义。所得到的截面公式考虑了电子束缚性的影响，并正确地再现了大光子能量下的截面的行为，在那里它变成汤姆逊公式，这与非相对论极限下的截面的Klein-Nishina-Tamm公式相一致。
Ionization of hydrogen and ionized helium by slow antiprotons
在单中心紧耦合近似下，研究了能量范围在0.1 ~ 500 keV的反质子与氢原子的电离过程。利用B样条基构造散射波函数。氢原子电离的结果进行了比较与其他现有的理论计算，以及与现有的实验数据。目前的结果令人鼓舞。我们还采用这种方法来研究电离氦在1和500 keV之间的能量范围内的电离。通过比较发现，本文的结果很好地解释了用其它理论计算的截面值。
Adiabatic Floquet Picture for Hydrogen Atom in an Intense Laser Field
本文发展了长度规范下的绝热Floquet图象来描述强激光场中氢原子的动力学行为。在这幅图中，我们讨论了频率和强度在绝热势和它们之间的耦合方面所起的作用，这为暴露于激光场的量子系统提供了一个物理和直观的图像。为了简单起见，分析氢并给出绝热势曲线以及一些基态容易计算的物理量。讨论了线偏振和圆偏振激光场。
Rydberg states generation of Hydrogen atoms with intense laser pulses: the roles of Coulomb force and initial lateral momentum
通过求解含时薛定谔方程和经典轨道蒙特卡罗模拟，研究了强激光脉冲作用下氢原子的里德堡态产生.使用线偏振多周期脉冲和光学半周期脉冲对。通过对这些方法的比较表明，影响激发态布居的$n$ -分布和$l$ -分布的库仑力和初始横向动量对里德堡态的产生都有重要影响。
2s Hyperfine Structure in Hydrogen Atom and Helium-3 Ion
研究氢原子超精细分裂的有用性，由于我们对质子结构的了解，被限制在10 ppm的水平上。超过10 ppm的一种方法是研究超精细结构间隔8 Δ nu_2 -Δ nu_1的特定差异。核效应对这种差异并不重要，它对研究高阶QED修正是有用的。
Fano resonance in XUV generated by helium with few-cycle intense laser pulses and its classical analogy
本文通过数值求解氦原子在少周期强激光场中的薛定谔方程，研究双激发自电离态产生的XUV Fano共振，并用带摩擦的耦合振子经典系统成功类比了该量子共振行为。
High-ellipticity resonant below-threshold harmonic generation by a helium atom driven by a moderately intense elliptically polarized laser field
本研究通过二维和三维模型数值研究氦原子阈下谐波产生，发现特定激光频率下谐波效率与椭圆度同步提升，谐波椭圆度可达激光的2倍以上，且效率对激光椭圆度依赖弱，揭示了共振发射路径并解释了椭圆度增强机制。
The Spectral Decomposition of the Helium atom two-electron configuration in terms of Hydrogenic orbitals
氦原子中的双电子组态是非常精确的。然而，我们倾向于将这种构型称为$1s\uparrow 1s\downarrow$单线态，其中的名称是指氢轨道。高精度计算使用适合高精度和易于计算的基组，但并不能真正帮助我们理解氢轨道产物态的电子构型。由于本科生一般被教导认为氦，事实上，其余的周期表，在氢轨道方面，我们在本文中提出了一个详细的光谱分解的两个电子基态氦在这些基本状态。$1s\uparrow 1s\downarrow$单重态对基态构型的贡献小于93%，其他贡献来自结合态和连续氢态。
Low energy elastic scattering of hydrogen, deuterium and tritium on helium isotopes
研究氢、氘和氚在氦同位素上的低能弹性散射，探讨同位素间共振态对散射截面的影响，揭示低能和高能区域截面行为差异。
Relativistic ionization dynamics for a hydrogen atom exposed to super-intense XUV laser pulses
本文从理论上研究了极紫外区高强度阿秒激光脉冲作用下氢原子的电离动力学。脉冲是这样的，电子预计将达到相对论速度，因此需要一个完全相对论的处理。我们求解了含时狄拉克方程，并将其预言与相应的非相对论薛定谔方程的预言进行了比较。我们发现，由于电子预计将达到约20%的光速，相对论修正引入一个有限的，但小的减少电离原子的概率。
Relativistic Reduced-Mass and Recoil Corrections to Vacuum Polarization in Muonic Hydrogen, Muonic Deuterium and Muonic Helium Ions
研究了简单μ子束缚系统中相对论效应和辐射效应的约化质量依赖性。计算了μ子氢、氘和μ子氦离子的自旋相关核反冲修正，其量级为（Z α）^4 μ ^3/m_N^2（μ为约化质量，m_N为核质量）。计算了α（Z α）^4 μ量级的真空极化的相对论修正，并充分考虑了约化质量的依赖性。结果改变了理论预测。在超前对数近似下，得到了α（Zα）^5 ln^2（Z α）μ ^2/mN量级的真空极化辐射反冲修正。结果强调需要一个统一的治疗相对论修正真空极化μ介子氢，μ介子氘和μ介子氦离子，其中的轨道粒子的质量比的核质量大于精细结构常数。
Quantum interference effects in laser spectroscopy of muonic hydrogen, deuterium, and helium-3
从理论上研究了能量接近态之间的量子干涉，并通过激光光谱观察了态结构。在这项工作中，我们专注于选定的氢μ子同位素的超精细状态，以及量子干涉如何影响测量的兰姆位移。光子激发和随后的光子衰变的过程中实施的非相对论性的二阶微扰理论的框架内。由于其实验的兴趣，计算进行μ介子氢，氘，氦-3。我们限制我们的分析的情况下，入射的线性偏振光子和散射光子的偏振没有被观察到的光子散射。我们的结论是，虽然量子干涉效应可以安全地忽略μ介子氢和氦-3，在μ介子氘的情况下，有共振与密切的接近，量子干涉效应可以诱导位移高达百分之几的线宽，假设一个点状检测器。然而，通过考虑CREMA合作所使用的设置的几何形状，在所有可能的情况下，这种影响都减少到小于线宽的0.2%，这使得它在目前的精度水平上无关紧要。
Semi-classical Computation of Low-energy Collisions Cross Section in Mutual Neutralization of Helium and Hydrogen Ions
采用半经典模型对$\mathrm{^4He^+}$和$\mathrm{H^-}$碰撞中的相互中和作用进行了理论研究。该模型包括九个$\mathrm{^2Σ^+}$对称的共价态。这里的假设是，在给定的核间位置上只有两个态相互作用。研究了碰撞能量低于100 $eV$的反应。计算了总互中和截面，并与前人的结果进行了比较
A 4-Component Dirac Theory of Ionization of Hydrogen Molecular Ion in a Super-Intense Laser Field
本文发展了超强激光场中氢分子离子电离的四分量Dirac理论。导出了离子基态发射的自旋比电离电流和总电离电流的简单解析表达式。结果给出了所有的极化和有限的传播矢量的字段。它们也适用于类似的较重分子离子的内壳层电离。分子双缝干涉效应的存在下，首先发现在非相对论的情况下，和自旋翻转电离电流，和一个不对称的向上和向下的自旋电流类似于在原子的情况下预测的，被发现也持有本相对论分子离子的情况下。最后指出了通过选择圆偏振入射光场的旋向性来控制主导自旋流的可能性。
Resonant states of muonic three-particle systems with lithium, helium and hydrogen nuclei
该研究结合指数与高斯基变分法及复坐标旋转（CCR）方法，计算含氦、锂、氢核的四类缪子三粒子系统的共振态能量。
Phenomenological rate formulas for over-barrier ionization of hydrogen and helium atoms in strong constant electric fields
本文研究强恒定电场中氢、氦原子的非相对论越过势垒电离，通过结合Stark效应和电子发射角展宽扩展隧穿速率，并提出远OBI区域的解析公式，得到与数值数据吻合且适用于宽场强范围的紧凑电离速率表达式。
Ionization behavior of molecular hydrogen in intense laser fields: Influence of molecular vibration and alignment
通过求解含时双电子薛定谔方程，研究了H $_2$在强超短激光场中的取向和核间距依赖电离。在微扰少光子电离的制度，强烈依赖的电离产率上的核间距found. While这一发现证实了先前报道的故障的固定核近似平行排列，提供了一个更简单的解释，它表明，这种故障是由于在激光脉冲的振动动力学。这种效果的持久性，即使是随机排列的分子被证明。此外，从多光子的准静态（隧道）制度的过渡进行了研究，考虑到强烈的800 nm的激光脉冲。虽然所获得的电离产率显着不同的预测Ammosov-Delone-Krainov率，我们发现一个令人惊讶的好的定量协议后，引入一个简单的频率依赖性校正的标准隧道公式。
A potential-splitting approach applied to the Temkin-Poet model for electron scattering off the hydrogen atom and the helium ion
研究少体系统中的散射过程是一个困难的问题，特别是当涉及长程相互作用时。为了解决这些问题，我们在这里开发了一个潜在的分裂方法的三体系统。这种方法是基于分裂成一个有限范围的核心部分和一个远程尾部的反应势。用解析方法求得了长程尾哈密顿量的薛定谔方程的解，并将其作为入射波用于三体散射问题。这种重新制定的散射问题，使其适合于治疗的外部复杂的缩放技术在这个意义上的问题后，复杂的膨胀减少到一个边界值问题，零边界条件。在Temkin-Poet模型的框架下，计算了电子与氢原子和正氦离子的散射。
Directional Hydrogen Migration in Acetonitrile Dication in Asymmetric Ultrashort Intense Laser Fields
研究人员借助三维符合离子动量成像，发现双色非对称激光场可调控乙腈二价阳离子的定向氢迁移，隧穿电离使甲基指向小振幅侧，氢迁移后碎片不对称性降低且存在氘代效应。
Two-color ionization of hydrogen by short intense pulses
本文计算了氢与两个载频短脉冲相互作用产生的光电子能谱，它们分别在红外和XUV波段。讨论了X射线脉冲的脉宽和定时对光电子能谱的影响。对很长脉冲的光谱分析表明，某些特征可以用时域中的量子干涉来解释。研究发现，依赖于X射线脉冲的持续时间，由红外光子能量分离的能谱中的波纹可能会出现。此外，低频辐射场的时间形状可以通过光电子能谱的宽度来推断。
Non-relativistic contributions in order $α^5m_μc^2$ to the Lamb shift in muonic hydrogen, deuterium and helium ion
对轻μ子原子的能级的贡献，特别是对兰姆位移的贡献，可以分为几类。使用不同的方法计算相关的图表。特别是，有一种特殊的非相对论贡献。在这里，我们考虑这种修正的兰姆位移顺序为$α^5m_μ$。这些贡献是由于自由真空偏振环以及光的光散射的各种影响。相关图中的闭合环是一个电子环，它允许对μ子进行非相对论性的考虑。这两种贡献已经知道了一段时间，然而，迄今为止获得的结果只是部分的。我们完成了μ子氢的$α^5m_μ$贡献的计算。结果还针对μ子氘和μ子氦离子进行了调整。
Production of Intense Spin-Polarized Beams of Hydrogen Isotopes by Charge Transfer with High Density Raman-Pumped Alkali-Metal Vapors
利用高密度拉曼泵浦碱金属蒸气进行电荷转移碰撞，可生成高强度极化氢同位素束，用于加热等离子体提升聚变转换效率。
Two--Electron Atoms in Short Intense Laser Pulses
本文讨论了在强激光场中含两个活跃电子原子的含时薛定谔方程的一种求解方法。Scrinzi和B. Piraux，Phys.Rev.A56，R13（1997）]来计算短激光脉冲在氦中的电离、双激发和谐波产生。该方法采用复杂的缩放和显式相关的基础上的扩展。收敛的计算记录和误差估计。在峰值强度高达10^15 W/cm^2和波长248 nm时，氦的结果准确度至少为10%。对负氢离子的电子脱离和双激发也作了同样精确的计算。
Laser-assisted collision effect on nonsequential double ionization of helium in a few-cycle laser pulse
利用三维半经典再散射方法研究了氦原子在周期数强激光脉冲作用下的非顺序双电离。结果表明，随着脉冲强度的增加，He $^{2+}$的动量分布呈现单峰-双峰-单峰的结构。根据NSDI过程的不同机制，激光强度可以分为三个区域，其中He $^{2+}$的动量分布表现出不同的特征。在相对高强度的区域，被称为“激光辅助碰撞电离”的NSDI机制被发现是主导的NSDI过程，并导致单峰结构。这一结果对强激光脉冲作用下高电荷态离子的非序贯电离研究具有重要意义。
Calculations of Bethe logarithms for Hydrogen and Helium atoms using B-splines in different gauges
计算加速度计中氢原子Bethe矩的有效而简单的B样条变分法[Y-B Tang et.al.，Phys. Rev. A $\mathbf{87}$，022510（2013）]成功应用于其他量规。在速度规中得到了H的基态Bethe对数，精确到十四位数;在长度规中得到了H的基态Bethe对数，精确到十一位数。目前$ns$、$np$、$nd$和$nf$状态的速度和长度测量结果高达H的$n = 200$，精确度为10 $^{-10}$。这代表了成功的变分尝试计算的速度和长度规范中的氢原子的贝特图。此外，借助于组态相互作用，将B样条变分方法成功地推广到氦原子。在三种不同的规范下计算了$n\,^{1,3}S\,\,(n=1-8)$态的Bethe谱。加速度计值为4.364 036 7（2）a.u.速度-加速度计测值为4.3640364（2）a.u.对于$2\,^3S$状态，这两个都是在10 $^{-7}$的精度水平。对于其他三重态，目前三种不同规范下的结果都有五到七个精确数字。对于单重态，在pa规范下得到了最佳收敛值，其数值精度也达到了$10^{-5}$到$10^{-7}$的精度水平.
Lamb Shift in Light Hydrogen-Like Atoms
高阶双圈修正的计算是发展氢原子兰姆位移束缚态QED理论和精确测定里德伯常量的一个限制因素。氦和氮的轻类氢离子的研究进展可能有助于在实验上研究这些未计算的项。要做到这一点，有必要发展一种关于这种离子的理论。本文给出了氦、氮离子低能级的理论计算。
Ionization of the hydrogen atom by intense ultrashort laser pulses
从理论上研究了强激光场中氢原子的电离。应用量子力学和经典方法进行计算。从量子力学的角度出发，首先将系统的含时薛定谔方程（TDSE）变换到赝动量空间中，并在赝动量空间中迭代求解。在求解TDSE时忽略库仑势的影响，得到了Volkov近似下的结果，在一阶解中考虑了库仑势作为微扰。经典的计算框架内进行的经典轨迹蒙特卡罗（CTMC）方法。计算了不同激光脉冲下的双微分电离几率，理论结果与实验结果吻合较好。在低电子能量下，经典方法和量子力学方法之间的电子角分布可以观察到重大差异。当电子能量较高时，这种差异消失，表明低能电子的产生是量子型的，受库仑势的影响很大，而高能电子的产生是经典型的，受库仑相互作用的影响较小.我们的结果也比较了库仑-Volkov（CV）模型的计算。
Electric-field induced helium-helium resonances
研究了氦-氦相互作用在外加电场作用下的可调谐性。对于静态外场，计算了$^4$ He- $^4$ He、$^3$ He-$^4$ He和$^3$ He- $^3$ He系统的电场诱导共振和相关的电场诱导束缚态。对于$^3$ He- $^4$ He和$^3$ He-$^3$ He系统，发现与文献定性一致[E. Nielsen，D. V. Fedorov和A. S. Jensen，Phys. Rev. Lett. { \bf{82} }，2844（1999）]。预测的电场诱导共振$^4$ He- $^4$ He的波包动力学的影响，由强激光脉冲，进行了研究。我们的研究结果有望指导下一代实验。
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