Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Isotope-shift factors with quantum electrodynamics effects for many-electron systems: A study of the nuclear charge radius of $^{26m}$Al

Published 20 Apr 2024 in physics.atom-ph, nucl-th, and physics.chem-ph | (2404.13369v2)

Abstract: A method for calculating the field shift contribution to isotope shifts in many-electron atoms, incorporating quantum electrodynamics (QED) effects, is introduced. We also implement the model QED approach to incorporate QED contribution to the nuclear recoil effect at the high-order correlation effects treatment level. The proposed computational scheme is used to revise the value of the root-mean-square (rms) nuclear charge radius of the isomer of aluminium-26, ${26m}$Al. This radius is important for the global analysis of the $V_{ud}$ element of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix. The difference in mean-square nuclear charge radii of ${27}$Al and ${26m}$Al, obtained by combining the calculated atomic factors with recently measured isotope shift (IS) of the $3s23p~2P_{3/2} \to 3s24s~2S_{1/2}$ transition in Al, is $0.443(44)(19)~{\rm fm}2$, where the first and second uncertainties are experimental and theoretical ones, respectively. The latter is reduced by a factor of 4 with respect to the previous study. Using this value and the known value of the rms charge radius of ${27}$Al, the resultant value $R_c({26m}$Al) = 3.132(10)~fm is obtained. With the improved accuracy of the calculated IS factors the error in $R_c({26m}$Al) is now dominated by the experimental uncertainty. Similar revision of rms charge radii is made for the ${28}$Al, ${29}$Al, ${30}$Al, ${31}$Al and ${32}$Al isotopes using existing IS measurements. Additionally, atomic factors are computed for the $3s23p~2P_{3/2} \to 3s24s~2S_{1/2}$, $3s23p~2P_{1/2} \to 3s25s~2S_{1/2}$ and $3s23p~2P_{3/2} \to 3s25s~2S_{1/2}$ transitions in Al, which can be used in future experimental studies.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (47)
  1. J. C. Hardy and I. S. Towner, Phys. Rev. C 102, 045501 (2020).
  2. I. S. Towner and J. C. Hardy, Phys. Rev. C 66, 035501 (2002).
  3. I. S. Towner and J. C. Hardy, Phys. Rev. C 77, 025501 (2008).
  4. I. Angeli and K. Marinova, At. Data Nucl. Data Tables 99, 69 (2013).
  5. V. M. Shabaev, Theor. Math. Phys. 63, 588 (1985).
  6. C. W. P. Palmer, J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 20, 5987 (1987).
  7. V. M. Shabaev, Sov. J. Nucl. Phys. 47, 69 (1988).
  8. V. Shabaev and A. Artemyev, J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 27, 1307 (1994).
  9. J. Sapirstein and K. T. Cheng, Can. J. Phys. 86, 25 (2008).
  10. P. Indelicato, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 52, 232001 (2019).
  11. V. M. Shabaev, in Comprehensive Computational Chemistry (First Edition), edited by M. Yáñez and R. J. Boyd (Elsevier, Oxford, 2024) pp. 94–128.
  12. S. A. Blundell, Phys. Rev. A 47, 1790 (1993).
  13. J. S. M. Ginges and J. C. Berengut, J. Phys. B 49, 095001 (2016).
  14. V. V. Flambaum and J. S. M. Ginges, Phys. Rev. A 72, 052115 (2005).
  15. P. Pyykkö and L.-B. Zhao, J. Phys. B 36, 1469 (2003).
  16. C. Thierfelder and P. Schwerdtfeger, Phys. Rev. A 82, 062503 (2010).
  17. P. Indelicato and J. P. Desclaux, Phys. Rev. A 42, 5139 (1990).
  18. I. I. Tupitsyn and E. V. Berseneva, Opt. Spectrosc. 114, 682 (2013).
  19. L. V. Skripnikov, J. Chem. Phys. 154, 201101 (2021).
  20. V. M. Shabaev, Phys. Rep. 356, 119 (2002).
  21. M. Athanasakis-Kaklamanakis, S. G. Wilkins, L. V. Skripnikov, A. Koszorus, A. A. Breier, M. Au, I. Belosevic, R. Berger, M. L. Bissell, A. Borschevsky, A. Brinson, K. Chrysalidis, T. E. Cocolios, R. P. de Groote, A. Dorne, C. M. Fajardo-Zambrano, R. W. Field, K. T. Flanagan, S. Franchoo, R. F. G. Ruiz, K. Gaul, S. Geldhof, T. F. Giesen, D. Hanstorp, R. Heinke, T. A. Isaev, A. A. Kyuberis, S. Kujanpaa, L. Lalanne, G. Neyens, M. Nichols, L. F. Pasteka, H. A. Perrett, J. R. Reilly, S. Rothe, S. M. Udrescu, B. van den Borne, Q. Wang, J. Wessolek, X. F. Yang,  and C. Zuelch, “Pinning down electron correlations in RaF via spectroscopy of excited states,”  (2023), arXiv:2308.14862 [physics.atom-ph] .
  22. L. V. Skripnikov and A. E. Barzakh, Phys. Rev. C 109, 024315 (2024).
  23. V. A. Yerokhin, Phys. Rev. A 83, 012507 (2011).
  24. U. D. Jentschura, J. Phys. A 36, L229 (2003).
  25. K. Pachucki, Phys. Rev. A 48, 120 (1993).
  26. M. I. Eides and H. Grotch, Phys. Rev. A 56, R2507 (1997).
  27. V. M. Shabaev, J. Phys. B 26, 1103 (1993).
  28. I. I. Tupitsyn, G. B. Deyneka,  and V. F. Bratzev, “hfd,”  (1977–2002), hfd, a program for atomic finite-difference four-component Dirac-Hartree-Fock calculations on the base of the HFD code Bratzev et al. (1977).
  29. I. I. Tupitsyn, “hfdb,”  (2003), hfdb, a program for atomic finite-difference four-component Dirac-Hartree-Fock-Breit calculations written on the base of the hfd code Bratzev et al. (1977).
  30. W. Johnson and G. Soff, At. Data Nucl. Data Tables 33, 405 (1985).
  31. P. J. Mohr, Atomic Data and Nuclear Data Tables 29, 453 (1983).
  32. M. Kállay and J. Gauss, J. Chem. Phys. 123, 214105 (2005).
  33. R. J. Bartlett and M. Musiał, Rev. Mod. Phys. 79, 291 (2007).
  34. V. M. Shabaev, Phys. Rev. A 57, 59 (1998).
  35. K. Pachucki and H. Grotch, Phys. Rev. A 51, 1854 (1995).
  36. A. S. Yelkhovsky, “Recoil correction in the Dirac-Coulomb problem,” Report No. BIMP 94-27, Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, 1994; e-print hep-th/9403095 (1994).
  37. B. K. Sahoo and B. Ohayon, Phys. Rev. A 103, 052802 (2021).
  38. K. G. Dyall, Theor. Chem. Acc. 135, 128 (2016).
  39. K. G. Dyall, Theor. Chem. Acc. 131, 1217 (2012).
  40. K. G. Dyall, Theor. Chem. Acc. 117, 491 (2007).
  41. L. V. Skripnikov, J. Chem. Phys. 153, 114114 (2020).
  42. “mrcc,” M. Kállay, P. R. Nagy, D. Mester, Z. Rolik, G. Samu, J. Csontos, J. Csóka, P. B. Szabó, L. Gyevi-Nagy, B. Hégely, I. Ladjánszki, L. Szegedy, B. Ladóczki, K. Petrov, M. Farkas, P. D. Mezei, and á. Ganyecz: The mrcc program system: Accurate quantum chemistry from water to proteins, J. Chem. Phys. 152, 074107 (2020); mrcc, a quantum chemical program suite written by M. Kállay, P. R. Nagy, D. Mester, Z. Rolik, G. Samu, J. Csontos, J. Csóka, P. B. Szabó, L. Gyevi-Nagy, B. Hégely, I. Ladjánszki, L. Szegedy, B. Ladóczki, K. Petrov, M. Farkas, P. D. Mezei, and Á. Ganyecz. See www.mrcc.hu.
  43. L. Visscher and K. G. Dyall, At. Data Nucl. Data Tables 67, 207 (1997).
  44. T. Fleig and L. V. Skripnikov, Symmetry 12, 498 (2020).
  45. V. Kaufman and W. C. Martin, J. Phys. Chem. Ref. Data. 20, 775 (1991).
  46. V. A. Yerokhin and V. M. Shabaev, Phys. Rev. A 60, 800 (1999).
  47. J. Sapirstein and K. T. Cheng, Phys. Rev. A 108, 042804 (2023).
Citations (1)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up for Free