Научная тема: «ТЕОРИЯ РАДИАЦИОННЫХ ПОПРАВОК К СВЕРХТОНКОМУ РАСЩЕПЛЕНИЮ И ЛЭМБОВСКОМУ СДВИГУ В ЛЕГКИХ ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ АТОМАХ»
Специальность: 01.04.02
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Исследованы все калибровочно-инвариантные наборы двухпетлевых фейнмановских диаграмм, дающие вклад порядка _2(Z_)5m в лэмбовский сдвиг и порядка _2(Z_)EF (EF - энергия Ферми) в сверхтонкое расщепление. Вычислен наиболее сложный вклад в лэмбовский сдвиг, индуцированный двухпетлевыми вставками в электронную линию. Получена полная поправка порядка _2(Z_)5m в лэмбовский сдвиг в водороде. Это наибольший неизвестный на момент вычислений квантовоэлектродинамический вклад в лэмбовский сдвиг. Вычислен вклад всех калибровочно-инвариантных наборов в сверхтонкое расщепление. Это единственный неизвестный на момент вычислений вклад третьего порядка малости для сверхтонкого расщепления в мюонии. Вычисление вкладов в лэмбовский сдвиг и сверхтонкое расщепление проведено в едином формализме. Учет найденных поправок привел к существенному повышению точности теории лэмбовского сдвига в водороде и сверхтонкого расщепления в мюонии.
  2. Изучены вклады четвертого порядка малости в сверхтонкое расщепление и лэмбовский сдвиг. Получены вклады порядка _3(Z_)EF в сверхтонкое расщепление и порядка _3(Z_)5m в лэмбовский сдвиг, индуцированные диаграммами со вставками трехпетлевой поляризации вакуума и диаграммами с различными комбинациями двухпетлевого поляризационного оператора и однопетлевых вставок в электронную линию.
  3. Разработана теория радиационных поправок к отдаче к сверхтонкому расщеплению для многопетлевых диаграмм Фейнмана. Показано, что трехпетлевые поправки к отдаче представляют собой полином третьей степени по большому логарифму ln (M/m). Найдены полные вклады порядка _2(Z_)(m/M)EF в сверхтонкое расщепление основного состояния мюония, связанные со вставками двухпетлевой поляризациии вакуума, различных комбинаций однопетлевых вставок в фермионные линии и однопетлевого поляризационного оператора. Все вклады со степенями логарифма ln (M/m) вычислены аналитически.
  4. Предложен эффективный метод вычисления радиационных поправок к отдаче в случае лэмбовского сдвига. На его основе вычислены аналитически все вклады порядка _(Z_)5(m/M)m в лэмбовский сдвиг в водороде. Новый аналитический результат разрешил долговременное противоречие между результатами двух групп, существовавшее в литературе.
  5. Развит метод вычисления радиационных поправок к отдаче во втором порядке по отношению масс. С его помощью найдены все вклады порядка _(Z_)(m/M)2EF в сверхтонкое расщепление в мюонии. Такие поправки играют важную роль в случае мюония, где отношение масс того же порядка, что и постоянная тонкой структуры.
  6. Исследованы адронные вклады высших порядков в сверхтонкое расщепление в мюонии. Найдены вклады адронной поляризации вакуума и адронного рассеяния света на свете. Получено простое соотношение, связывающее вклады высших радиационных петель с ведущим адронным 5 вкладом, и не зависящее от деталей последнего. Указанные поправки не могут быть вычислены из первых принципов, а требуют использования экспериментальных данных или моделей. Точность их вычисления является принципиальным ограничением на возможность проверок квантовоэлектродинамических вычислений, и подобные оценки важны при подготовке нового поколения экспериментов с мюонием.
  7. Получены замкнутые выражения для двухпетлевых радиационных вставок в калибровке Йенни. Эти выражения нашли многочисленные применения при вычислении вкладов в сверхтонкое расщепление и лэмбовский сдвиг. Важную роль при многопетлевых вычислениях играют инфракрасные и ультрафиолетовые асимптотики отдельных диаграмм в различных калибровках. Калибровка Йенни выделяется среди остальных мягкостью инфракрасных асимптотик. Предложена и изучена новая калибровка, которая улучшает одновременно и инфракрасное и ультрафиолетовое поведение диаграмм.
Список опубликованных работ
[1] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Theory of Light Hydrogenic Bound States. Springer Tracts in Modern Physics 222, Springer, Berlin − Heidelberg − New York, 2007.

[2] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Theory of light hydrogenlike atoms, Physics Reports 342 (2001) 63−261.

[3] M. I. Eides, S. G. Karshenboim, and V. A. Shelyuto, New Contributions to Muonium and Hydrogen Hyperfine Splitting Induced by Vacuum Polarization Insertions in External Photons, Phys. Lett. B 229 (1989) 285−288.

[4] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, Новые поправки к сверхтонкому расщеплению в мюонии и водороде, Письма вЖЭТФ 50 (1989) 3−6.

[5] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, Первые поправки порядка _(Z_)2EF к сверхтонкому расщеплению в мюонии и водо- роде, Ядерная физика 50 (1989) 1636−1646.

[6] M. I. Eides, S. G. Karshenboim, and V. A. Shelyuto, Last Vacuum Polarization Contribution of Order _2(Z_)EF to Muonium and Hydrogen Hyperfine Splitting, Phys. Lett. B 249 (1990) 519−522.

[7] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, Еще один вклад по- рядка _2(Z_)EF в сверхтонкое расщепление в мюонии и водороде, Письма в ЖЭТФ 52 (1990) 937−939.

[8] M. I. Eides, S. G. Karshenboim, and V. A. Shelyuto, Purely Radiative Contribution to Muonium and Hydrogen Hyperfine Splitting induced by Light by Light Scattering Insertion in External Photons, Phys. Lett. B 268 (1991) 433−436. 27

[9] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, Вклад диаграмм рассеяния света на свете в сверхтонкое расщепление в мюонии и водороде, Ядерная физика 55 (1992) 466−474.

[10] M.I.Eides, S.G.Karshenboim, and V.A.Shelyuto, First Corrections of Order _2(Z_)5 to Hyperfine Splitting and Lamb Shift Induced by Two- Loop Insertions in the Electron Line, Phys. Lett. B 312 (1993) 358−365.

[11] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, First Corrections to Hyperfine Splitting and Lamb Shift Induced by Diagrams with Two External Photons and Second Order Radiative Insertions in the Electron Line, Ядерная физика 57 (1994) 1309−1325.

[12] С. Г. Каршенбойм, В. А. Шелюто, М. И. Эйдес, Corrections to Hyperfine Splitting and Lamb Shift Induced by the Overlapping Two- Loop Electron Self-Energy Insertion in the Electron Line, Ядерная фи- зика 57 (1994) 2246−2259.

[13] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, New Corrections to Hyperfine Splitting and Lamb Shift and the Value of the Rydberg Constant, Письма в ЖЭТФ 61 (1995) 465−470.

[14] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, Corrections of order _2(Z_)5 to the hyperfine splitting and the Lamb shift, Phys. Rev. A 52 (1995) 954−961.

[15] M. I. Eides, S. G. Karshenboim, and V. A. Shelyuto, Correction to hyperfine splitting and Lamb shift induced by diagrams with second- order radiative insertions in the electron line, IEEE Trans. Instrum. Meas., 44 (1995) 481−483.

[16] В. А.Шелюто, Однопетлевые радиационные поправки в калибровке с улучшенными инфракрасными и ультрафиолетовыми свойствами, ЖЭТФ 110 (1996) 1153−1167.

[17] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Analytic Contribution of Order _2(Z_)5m to the Lamb Shift, Phys. Rev. A 55 (1997) 2447−2450.

[18] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Second Order in Mass Ratio Radiative-Recoil Corrections to Hyperfine Splitting in Muonium, Phys. Rev. D 58 (1998) 013008, 12pp.

[19] L. N. Labzovsky, A. Mitruschenkov, G. Soff, and V. A. Shelyuto, The second-order electron self-energy counterterms in bound state QED, Phys. Lett. A 240(1998) 225−234.

[20] L. N. Labzovsky, A. Mitruschenkov, G. Soff, and V. A. Shelyuto, Counterterms for second order electron self energy in bound state QED, Phys. Rev. A 57 (1998) 4038−4040.

[21] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, One-Loop Electron Vertex in Yennie Gauge, Eur. Phys. J. C 63 (2001) 489−494.

[22] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Radiative-Recoil Corrections of Order _(Z_)5(m/M)m to Lamb Shift Revisited, Phys. Rev. A 63 (2001) 052509, 8pp.

[23] S. G. Karshenboim and V. A. Shelyuto, Hadronic Vacuum Polarization Contribution to the Muonium Hyperfine Splitting, Phys. Lett. B 517 (2001) 32−36.

[24] S. I. Eidelman, S. G. Karshenboim, and V. A. Shelyuto, Hadronic effects in leptonic systems: Muonium hyperfine structure and anomalous magnetic moment of muon, Can. J. Phys. 80 (2002) 1297−1303.

[25] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Two-Loop Polarization Contributions to Radiative-Recoil Corrections to Hyperfine Splitting in Muonium, Phys. Rev. D 65 (2002) 013003, 8pp.

[26] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, New Polarization Operator Contributions to Lamb Shift and Hyperfine Splitting, Phys. Rev. A 68 (2003) 042106, 10pp. 29

[27] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Three-Loop Radiative- Recoil Corrections to Hyperfine Splitting in Muonium, Phys. Rev. D 67 (2003) 113003, 16pp.

[28] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Three-Loop Radiative- Recoil Corrections to Hyperfine Splitting Generated by One-Loop Fermion Factors, Phys. Rev. D 70 (2004) 073005, 7pp.

[29] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, Three-Loop Reducible Radiative Photon Contributions to the Lamb Shift and Hyperfine Splitting, Phys. Rev. A 70 (2004) 022506, 4pp.

[30] M. I. Eides, H. Grotch, and V. A. Shelyuto, Three-Loop Radiative- Recoil Corrections to Hyperfine Splitting in Muonium, Can. J. of Physics, 83 (2005) 363−373.

[31] S. G. Karshenboim, S. I. Eidelman, P. Fendel, V. G. Ivanov, N. N. Kolachevsky, V. A. Shelyuto, and T. W. H¨ansch, Study of hyperfine structure in simple atoms and precision tests of the bound state QED, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 162 (2006) 260−263.

[32] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, Three-Loop Radiative Corrections to Hyperfine Splitting in Muonium, Can. J. Phys. 85 (2007) 509−519.

[33] S. G. Karshenboim, V. A. Shelyuto, and A. I. Vainshtein, Hadronic Light-by-Light Scattering Contribution to Muonium Hyperfine Splitting, Phys. Rev. D 78 (2008) 065036, 7pp.

[34] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, Radiative-Recoil Corrections to Hyperfine Splitting: Polarization Insertions in the Muon Factor, Phys. Rev. D 80 (2009) 053008, 6pp.

[35] M. I. Eides and V. A. Shelyuto, Three-Loop Radiative-Recoil Corrections to Hyperfine Splitting: Diagrams with Polarization Loops, Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 133003, 4pp. 30