关联B-样条基组在少电子原子QED计算中的应用

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基本信息

项目摘要

Precision calculations and measurements on the spectra of helium and lithium atoms have important scientific significance and applications in examining atomic structure theory, determining fundamental physical constants and exploring the properties of nuclei. The precise theoretical predictions on these spectra rely on the calculations of quantum electrodynamics (QED) corrections, in which the Bethe-logarithm is of serious concern because the numerical accuracy of it is difficult to improve. In this project, we will develop a new configuration interaction method using the correlated B-spline basis set to take full account of the electron correlations, by combining the advantages of the Hylleraas and B-spline basis sets. This method will not only accelerate the convergence on the size of the basis set, but also eliminate the dilemma of the linear dependence in the Hyleraas and explicitly correlated gaussians methods. Using this newly-developed method, we will present the high precision results on the Bethe-logarihtm of the highly excited states in the two-electron atoms and ions, perform the massively parallel computations on the energy spectra and properties and improve the numerical accuracy of the Bethe-logarihtms of the three-electron atomic systems, solve the problem of the low accuracy of the Bethe-logarithm calculation in the inner shell of the helium negative ion, and finally improve the accuracy of the prediction on QED corrections. This project is of importance on exploring the new method in the field of precision spectra theory and the new applications of the B-spline basis.
少电子原子氦和锂光谱的精密计算和测量在检验原子结构理论、确定基本物理常数以及确定原子核基本性质上有重要的科学意义和应用价值,基于从头计算的理论预言精度强烈依赖于量子电动力学( QED)修正的计算精度,其中的贝特对数项因其计算精度提高异常困难而备受关注。本项目结合Hylleraas和B样条基组的优点,发展充分考虑电子关联效应的关联B-样条组态相互作用方法,既加快基组收敛速度,又消除Hylleraas与关联高斯 (ECG) 基组方法中线性相关的困难;提供两电子原子/离子高激发态贝特对数项的高精度理论计算结果,实现三电子原子/离子原子能谱、性质、和贝特对数项的大规模并行计算,提高三电子原子/离子体系贝特对数项计算精度;解决目前氦负离子内壳激发态贝特对数项计算精度过低的问题,整体提高QED理论预言精度。该项目实施对精密谱理论计算有方法学的意义,也将为B样条基组的应用开辟新的方向。

结项摘要

本项目研究目的是发展新的理论工具计算少电子原子非相对能级、相对论和QED修正,探寻多电子原子QED修正计算的高效途径。项目取得了以下创新成果:.(1)发展了基于关联B-样条基组方法求解氦原子非相对论能级、相对论和QED修正领头项的计算方法,实现了氦原子单、三重S态能级、Breit-Pauli算符、贝特对数项(Bethe-Logarithm)以及Araki-Sucher修正的高精度计算,提供了与传统Hylleraas和关联高斯基组不同的精密谱计算新路线;.(2)开发了任意精度下求解广义稠密对称矩阵特征值问题的并行求解器(Multiple-precision Symmetric Eigenproblem Software(MSEPS)),有效解决了大基组计算遇到的线性相关难题;.(3)精密计算了氦原子低能态的交流斯塔克频移,发现23S-21P禁戒跃迁1335nm 幻波长对有限核质量、相对论和QED效应非常敏感,提供了利用幻波长测量检验QED理论的新途径,提出了利用幻波长提高氦原子23S-33S双光子跃迁测量精度的方案;.(4)实现了6,7Li+离子23S和23P态超精细劈裂的高阶QED修正计算,结合实验测量确定了6,7Li原子核电磁分布半径,发现由6Li+的23S态超精细劈裂确定的核电磁分布半径与核物理方法得到的相应值存在6个标准误差;.(5)开发了适用于重原子的相对论原子结构从头计算程序,并成功应用于Ra+、Th3+离子的超精细结构常数、跃迁性质、电四极矩等性质的计算,为高精度原子钟研究提供了重要的理论数据。.在本项目资助下,已在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. A, J. Phys. B等原子分子物理主流期刊发表SCI论文11篇,培养博士毕业生4名。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Probing atomic and nuclear properties with precision spectroscopy of fine and hyperfine structures in the 7Li+ ion
利用 7Li 离子精细和超精细结构的精密光谱探测原子和核特性
  • DOI:
    10.1103/physreva.102.030801
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Hua Guan;Shaolong Chen;Xiao-Qiu Qi;Shiyong Lian;Wei Sun;Pengpeng Zhou;Yao Huang;Pei-Pei Zhang;Zhen-Xiang Zhong;Zong-Chao Yan;G. W. F. Drake;Ting-Yun Shi;Kelin Gao
  • 通讯作者:
    Kelin Gao
Dynamic multipolar polarizabilities and hyperpolarizabilities of the Sr lattice clock
Sr晶格时钟的动态多极极化率和超极化率
  • DOI:
    10.1103/physreva.100.042514
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Fang-Fei Wu;Yong-Bo Tang;Ting-Yun Shi;Li-Yan Tang
  • 通讯作者:
    Li-Yan Tang
Relativistic coupled-cluster calculation of hyperfine-structure constants of 229Th3+ and evaluation of the electromagnetic nuclear moments of 229Th
229Th3超精细结构常数的相对论耦合团簇计算及229Th电磁核矩评估
  • DOI:
    10.1103/physreva.104.062808
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Fei-Chen Li;Hao-Xue Qiao;Yong-Bo Tang;Ting-Yun Shi
  • 通讯作者:
    Ting-Yun Shi
Proposal for suppressing the ac Stark shift in the He(23S1 → 33S1 ) two-photon transition using magic wavelengths
使用神奇波长抑制 He(23S1 – 33S1 ) 双光子跃迁中交流斯塔克位移的提议
  • DOI:
    10.1103/physreva.104.042817
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yong-Hui Zhang;Li-Yan Tang;Ting-Yun Shi
  • 通讯作者:
    Ting-Yun Shi
Precision Calculation of Hyperfine Structure and the Zemach Radii of Li-6.7(+) Ions
Li-6.7( )离子超精细结构和Zemach半径的精确计算
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.125.183002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    PHYSICAL REVIEW LETTERS
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Xiao-Qiu Qi;Pei-Pei Zhang;Zong-Chao Yan;G. W. F. Drake;Zhen-Xiang Zhong;Ting-Yun Shi;Shao-Long Chen;Yao Huang;Hua Guan;Ke-Lin Gao
  • 通讯作者:
    Ke-Lin Gao

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其他文献

Halo state in realistic molecu
现实分子中的晕态
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  • 通讯作者:
    史庭云
平行电磁场中的Rydberg锂原子吸
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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里德堡钠原子抗磁谱的模型势计算
  • DOI:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟慧艳;史庭云;詹明生
  • 通讯作者:
    詹明生
Theoretical study of the hyperfine interaction constants, Landé g-factors, and electric quadrupole moments for the low-lying states of the 61Niq+ ( q= 11, 12, 14 , and 15) ions
61Niq(q= 11、12、14 和 15)离子低位态超精细相互作用常数、Landé g 因子和电四极矩的理论研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics B
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    1.7
  • 作者:
    张婷贤;张永慧;李承斌;史庭云
  • 通讯作者:
    史庭云
Approximated seventh order cal
近似七阶校准
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    惠萍*;方锡岩;史庭云
  • 通讯作者:
    史庭云

其他文献

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史庭云的其他基金

B样条基组方法在氦原子高阶量子电动力学修正中的应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
B样条基组方法在氦原子高阶量子电动力学修正中的应用
  • 批准号:
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    2022
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  • 项目类别:
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精密原子结构计算及外场效应理论研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
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电磁交叉场中里德堡原子的谱特性
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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