Investigadores de la Universidad RUDN han desarrollado un método matemático para resolver el problema cuántico de tres cuerpos de Coulomb para estados ligados con alta precisión. También mostraron que los cálculos anteriores realizados por un grupo de científicos japoneses son incorrectos. El trabajo contribuirá a cálculos más precisos de las trayectorias de las partículas cuánticas en el espacio, y sus resultados serán útiles para resolver problemas fundamentales de física. El artículo fue publicado en la revista Revisión física A .

Los físicos de la Universidad RUDN han calculado cuánta energía se requiere para extraer un electrón de un átomo, convirtiendo así este último en un ion. Determinaron el valor de este parámetro para diferentes niveles en el átomo de helio con la precisión más conocida:hasta 35 dígitos decimales. Resultó que las soluciones utilizadas anteriormente para el ion hidrógeno H ^- , con 40 puntos decimales, se desvía del valor previamente determinado para el 35º decimal.

Los científicos realizaron cálculos para un sistema de átomos de helio que interactúan de acuerdo con la ley de Coulomb. En el estado normal los átomos son neutrales y no interactúan entre sí. Para que esto suceda, es necesario ionizar el átomo de helio, es decir, quitar un electrón del ion. Entonces el átomo adquirirá una carga positiva. Esto requiere obtener algo de energía (la llamada energía de ionización). Su valor determina la fuerza de la interacción de un ion con otras partículas cargadas y la trayectoria de su movimiento en el espacio.

"Desarrollamos un enfoque basado en el método variacional, que permite resolver numéricamente el problema cuántico de tres cuerpos ligado por la interacción de Coulomb, con precisión casi arbitraria. Este método se utiliza para calcular las energías de ionización de un átomo de helio para diferentes niveles de energía de momento angular orbital arbitrario. Nuestro enfoque demostró la eficacia y flexibilidad en el estudio de los sistemas Coulombic. Es más, la obtención de tales valores no requiere el uso de supercomputadoras, ", dice el coautor Vladimir Korobov del Laboratorio de Física Teórica del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear.

En la mecánica clásica, el problema de los tres cuerpos consiste en determinar las trayectorias del movimiento de tres objetos en el espacio entre sí. Este problema no tiene una solución general en forma de funciones finitas para trayectorias; sólo se encuentran soluciones particulares para determinadas velocidades y coordenadas iniciales. En mecánica cuántica, el problema de los tres cuerpos tampoco tiene solución analítica.

Los métodos de cálculo de alta precisión ayudan a resolver muchos problemas físicos fundamentales:en los estudios de átomos de helio exóticos que consisten en antiprotones, electrones y el núcleo de helio, por ejemplo. Son de especial interés porque permiten mediciones de alta precisión del espectro energético de este exótico sistema y comparan los resultados teóricos con los obtenidos en experimentos. Sus resultados permitirán a los investigadores comprender mejor la naturaleza de la antimateria y ampliar el conocimiento del mundo cuántico.