Johannes Bjerlin
Datorn som verktyg i Atomfysiken
Sedan kvantmekanikens intåg i fysiken under första halvan av 1900-talet, har metoderna
för att beskriva atomer och deras växelverkan med andra partiklar ständigt förfinats. För
att utföra noggranna beräkningar på saker som energinivåer, joniseringar och spridning av
partiklar från atomer, krävs förutom god kunskap i kvantmekanik även ett stort
beräkningsarbete.
Detta arbete har nu nästan helt tagits över av datorer, vilket har lett till att numeriska metoder för
beräkningar inom atomfysiken är mycket viktiga. I detta arbete går jag igenom en rad metoder
som används för numeriska beräkningar inom atomfysiken. Dessa metoder inkluderar HartreeFock metoden, i vilken en elektrons bana i en atom beräknas genom att frysa de andra
elektronernas banor och räkna ut hur elektronen rör sig i detta system.
Jag tittar även på konfigurationsväxelverkan, i vilken den kvantmekaniska beskrivningen av det
atomära systemet kraftigt byggs ut för att mer exakt kunna beskriva energierna i en atom, samt
spridningsteori där jag utreder hur elektroner uppför sig då de krockar med atomer. I projektet
går jag även igenom hur atomfysiken kan modellerades för att även innefatta Einsteins
relativitetsteori, samt hur detta påverkar de numeriska metoder som vi använder.
Slutsatser
Jag har under arbetet sett att man genom att bygga ut det atomära system kraftigt kan förbättra de
beräkningar som leder fram till atomens energinivåer. Dessa beräkningar kräver dock stora
dator-resurser varför stor vikt måste läggas på de teoretiska modeller vilka man baserar sin
beskrivning av atomen på. Ett exempel är de relativistiska effekterna i atom, vilka både kan
inkluderas genom att helt bygga om den kvantmekaniska beskrivningen av atomen eller genom
att addera dessa effekter till gamla uträkningar.
Jag har kommit fram till att denna senare "addition" av relativistiska effekter i regel kan utföras
utan problem, men att det i regel är en god idé att utreda det relativistiska systemet från grunden
för att dessa beräkningar ska bli riktigt effektiva.
Handledare: Tomas Brage
Examensarbete 15 hp 2010
Fysiska institutionen, Lunds universitet
