Ionization of helium in relativistic heavy-ion collisions

Abstract

The coupled-channel method is used to calculate single-, and double-ionisation cross sections for helium collisions with heavy ions. For highly charged and slow projectiles where the ratio of the projectile charge divided by the projectile velocity is in the magnitude of unity, non-perturbative methods must be used for proper description of the physical process. As basis functions Slater-like orbitals and regular Coulomb wave packages were taken. The Coulomb wave packages give a satisfactory approximation of the single and double electron continua, which is needed to reach convergence for the cross sections. As Electron-Projectile interaction the Liénard-Wiechert- Potentials were used minimal coupled to the impulse operator of the electron. The projectile was considered as a classical point-like charge ying on a straight line. 12 different calculations were done for different heavy ions from proton up to <i>U⁹²⁺</i> and compared with experimental data.

Die Ionisation von Helium in Schwerionen- Kollisionen ist ein fundamentales atomphysikalisches Problem. Die gebundenen Elektronen in He-Atom sind stark korreliert.Insbesondere auf den Doppeltionisationsquerschnitt hat diese Korrelation entscheidenden Einfluß. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Einzentren-Gekoppelte-Kanäle-Modell realisiert und für unterschiedliche Stoßsysteme Rechnungen durchgeführt. Unter den vielfältigen Modellen zur Beschreibung des Ionisationsprozesses zeichnetsich die Methode der Gekoppelten Kanäle dadurch aus, dass sie die Korrelationvollständig berücksichtigt. Für hochgeladene Projektile und langsame Kollisionen, bei denen das Verhältnis <i>Z_Proj / v_Proj</i> in der Gröessenordnung 1 ist, liefert die Born'sche Störungstheorie falsche Ergebnisse. Im ersten Schritt muss man eine Basis wählen und den Helium-Hamiltonoperator diagonalisieren. Unsere Idee war, dass wir nicht nur gebundene Slater-Funktionen, sondern auch reguläre Coulomb-Wellenpakete nehmen, womit wir das Einfach- und Doppel-Kontinuum besser beschreiben können. Wir approximieren die Helium- Wellenfunktion durch eine Summe symmetrisierter Einteilchen-Wellenfunktionen. Die Projektil-Potentiale sind die Liénard-Wiechert- Potentiale, die mit dem Elektronen-Impuls minimal gekoppelt werden. Wir betrachen die Projektile als Punktladungen, die auf klassischen geraden Bahnenlaufen ('Straight-Line-Approximation' in der 'Semiklassischen Näherung'). Wir haben für zwölf verschiedene Stoßsysteme, (von Proton bis <i>U⁹²⁺</i>) für die Messdaten verfügbar sind, Rechungen durchgeführt. Unsere Resultate stimmen mit dem Messdaten ueberein.