Hyperfine structure of muonic lithium ions


Cite item

Full Text

Abstract

On the basis of perturbation theory in fine structure constant $\alpha$ and the ratio of electron to muon masses we calculate recoil corrections of order $\alpha^4 (M_e/M_\mu)$, $\alpha^4 (M_e/M_\mu)^2\ln(M_e/M_\mu)$, $\alpha^4 (M_e/M_\mu)^2$, $\alpha^5(m_e/m_\mu)\ln(m_e/m_\mu)$ to hyperfine splitting of the ground state in muonic lithium ions $(\mu\ e\ ^6_3\mathrm{Li})^+$ and $(\mu\ e\ ^7_3\mathrm{Li})^+$. We obtain total results for the ground state small hyperfine splittings in $(\mu\ e\ ^6_3\mathrm{Li})^+$ $\Delta\nu_1=14153.03$~MHz and $\Delta\nu_2=21571.26$~MHz and in $(\mu\ e\ ^7_3\mathrm{Li})^+$ $\Delta\nu_1=13991.97$~MHz and $\Delta\nu_2=21735.03$~MHz which can be considered as a reliable estimate for a comparison with future experimental data.

About the authors

Alexei P Martynenko

Samara State University

Email: a.p.martynenko@samsu.ru
Dr. Phys. & Math. Sci. a.p.martynenko@samsu.ru; Corresponding Author), Professor, Dept. of General and Theoretical Physics 1, Academician Pavlov st., Samara, 443011, Russian Federation

Alexander A Ulybin

Samara State University

Email: Sasha_Ulybin_20.10.2011@mail.ru
Student, Dept. of General and Theoretical Physics 1, Academician Pavlov st., Samara, 443011, Russian Federation

References

  1. Мартыненко А. П., Улыбин А. А. Сверхтонкая структура ионов мюонного лития / Четвертая международная конференция «Математическая физика и ее приложения»: материалы конф.; ред. чл.-корр. РАН И. В. Волович; д.ф.-м.н., проф. В. П. Радченко. Самара: СамГТУ, 2014. С. 240-241.
  2. Pohl R., Antognini A., Nez F. et al. The size of the proton // Nature, 2010. vol. 466. pp. 213-217. doi: 10.1038/nature09250.
  3. Antognini A., Kottmann F., Biraben F., Indelicato P., Nez F., Pohl R. Theory of the 2S-2P Lamb shift and 2S hyperfine splitting in muonic hydrogen // Annals of Physics, 2013. vol. 331. pp. 127-145, arXiv: 1208.2637 [physics.atom-ph]. doi: 10.1016/j.aop.2012.12.003.
  4. Lakdawala S. D., Mohr P. J. Hyperfine structure in muonic helium // Phys. Rev. A, 1980. vol. 22, no. 4. pp. 1572-1575. doi: 10.1103/physreva.22.1572.
  5. Lakdawala S. D., Mohr P. J. Calculation of the muonic 3He hyperfine structure // Phys. Rev. A, 1981. vol. 24, no. 4. pp. 2224-2227. doi: 10.1103/physreva.24.2224.
  6. Lakdawala S. D., Mohr P. J. Perturbation-theory calculation of hyperfinr structure in muonic helium // Phys. Rev. A, 1984. vol. 29, no. 3. pp. 1047-1054. doi: 10.1103/physreva.29.1047.
  7. Huang K.-N., Hughes V. W. Theoretical hyperfine structure of the muonic 3He and 4He atoms // Phys. Rev. A, 1982. vol. 26, no. 5. pp. 2330-2333. doi: 10.1103/physreva.26.2330.
  8. Borie E. On the hyperfine structure of neutral muonic helium // Z. Physik A, 1979. vol. 291, no. 2. pp. 107-112. doi: 10.1007/bf01437989.
  9. Drachman R. J. Nonrelativistic hyperfine splitting in muonic helium by adiabatic perturbation theory // Phys. Rev. A, 1980. vol. 22, no. 4. pp. 1755-1757. doi: 10.1103/physreva.22.1755.
  10. Chen M.-K. Correlated wave functions and hyperfine splittings of the 2s state of muonic 3,4He atoms // Phys. Rev. A, 1992. vol. 45, no. 3. pp. 1479-1492. doi: 10.1103/physreva.45.1479.
  11. Yakhontov V. L., Amusia M. Ya. Hyperfine splitting computation in the $1s^{(e)}_{1/2}2s^{(mu)}_{1/2}$ state of the exotic $(^4mathrm{He}^{2+}{-}mu^-e^-)^0$ and $(^3mathrm{He}^{2+}{-}mu^-e^-)^0$ atoms // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 1994. vol. 27, no. 16. pp. 3743-3765. doi: 10.1088/0953-4075/27/16/021.
  12. Frolov A. M. Properties and hyperfine structure of helium-muonic atoms // Phys. Rev. A, 2000. vol. 61, no. 2, 022509. doi: 10.1103/physreva.61.022509.
  13. Frolov A. M. Hyperfine splitting in the ground states of the lithium-muonic ions and in the 23S states of the lithium-muonic atoms // Phys. Let. A, 2006. vol. 357, no. 4-5. pp. 334-338. doi: 10.1016/j.physleta.2006.04.059.
  14. Korobov V. I. Coulomb three-body bound-state problem: Variational calculations of nonrelativistic energies // Phys. Rev. A, 2000. vol. 61, no. 6, 064503. doi: 10.1103/physreva.61.064503.
  15. Pachucki K. Hyperfine structure of muonic helium // Phys. Rev. A, 2001. vol. 63, no. 3, 032508. doi: 10.1103/physreva.63.032508.
  16. Krutov A. A., Martynenko A. P. Ground-state hyperfine structure of the muonic helium atom // Phys. Rev. A, 2008. vol. 78, no. 3, 032513. doi: 10.1103/physreva.78.032513.
  17. Krutov A. A., Martynenko A. P. Hyperfine structure of the ground state muonic 3He atom // Eur. Phys. J. D, 2011. vol. 62, no. 2. pp. 163-175, arXiv: 1007.1419 [hep-ph]. doi: 10.1140/epjd/e2011-10401-5.
  18. Krutov A. A., Martynenko A. P. Hyperfine structure of the excited state $1s_{1/2}^{(e)}2s_{1/2}^{(mu)}$ of the muonic helium atom // Phys. Rev. A, 2012. vol. 86, no. 5, 052501. doi: 10.1103/physreva.86.052501.
  19. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). М.: Наука, 1989. 768 с.
  20. Собельман И. И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматлит, 1963. 640 с.
  21. Mohr P. J., Taylor B. N., Newell D. B. CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2010 // Rev. Mod. Phys., 2012. vol. 84, no. 4. pp. 1527-1605. doi: 10.1103/revmodphys.84.1527.
  22. Stone N. J. Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments // Atomic Data and Nuclear Data Tables, 2005. vol. 90, no. 1. pp. 75-176. doi: 10.1016/j.adt.2005.04.001.
  23. Hameka H. F. On the use of Green functions in atomic and molecular calculations. I. The Green function of the hydrogen atom // J. Chem. Phys., 1967. vol. 47, no. 8. pp. 2728-2735. doi: 10.1063/1.1712290; doi: 10.1063/1.1668086.
  24. Bethe H. A., Salpeter E. E. Quantum mechanics of one- and two-electron atoms. New York: A Plenum/Rosetta Edition, 1977. xii+370 pp.. doi: 10.1007/978-1-4613-4104-8
  25. Фок В. А. Начала квантовой механики. М.: Наука, 1976. 376 с.
  26. Eides M. I., Grotch H., Shelyuto V. A. Theory of light hydrogenlike atoms // Physics Reports, 2001. vol. 342, no. 2-3. pp. 63-261. doi: 10.1016/s0370-1573(00)00077-6.
  27. Arnowitt R. The hyperfine structure of hydrogen // Phys. Rev., 1953. vol. 92, no. 4. pp. 1002-1009. doi: 10.1103/physrev.92.1002.
  28. Huang K.-N., Hughes V. W. Theoretical hyperfine structure of muonic helium // Phys. Rev. A, 1979. vol. 20, no. 3. pp. 706-717. doi: 10.1103/physreva.20.706.
  29. Chen M.-K. Hyperfine splitting for the ground-state muonic 3He atom-corrections up to α2 // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 1993. vol. 26, no. 15. pp. 2263-2272. doi: 10.1088/0953-4075/26/15/013.
  30. Martynenko A. P. 2S Hyperfine splitting of muonic hydrogen // Phys. Rev. A, 2005. vol. 71, no. 2, 022506, arXiv: hep-ph/0409107. doi: 10.1103/physreva.71.022506.
  31. Мартыненко А. П. Теория изотопического сдвига мюонный водород - мюонный дейтерий // ЖЭТФ, 2005. Т. 128, № 6. С. 1169-1183, arXiv: hep-ph/0412250.
  32. Мартыненко А. П. Сверхтонкая структура S-уровней иона мюонного гелия // ЖЭТФ, 2008. Т. 133, № 4. С. 794-804, arXiv: 0710.3237 [hep-ph].
  33. Мартыненко А. П. Тонкая и сверхтонкая структура Р-уровней мюонного водорода // Ядерная физика, 2008. Т. 71, № 1. С. 126-136, arXiv: hep-ph/0610226.
  34. Faustov R. N., Martynenko A. P., Martynenko G. A., Sorokin V. V. Radiative nonrecoil nuclear finite size corrections of order $alpha(Zalpha)^5$ to the hyperfine splitting of S-states in muonic hydrogen // Phys. Let. B, 2014. vol. 733. pp. 354-358, arXiv: 1402.5825 [hep-ph]. doi: 10.1016/j.physletb.2014.04.056.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2015 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».