Anzeige
NIST’s James Sims and IU’s Stanley Hagstrom have calculated four excitation energies for the lithium atom approximately 100 times more accurately than any previous calculations or experimental measurements.
Precise determination of excitation energy—the amount necessary to raise an atom from a base energy level to the next higher—has intrinsic value for fundamental research into atomic behavior, but the success of the method the team employed has implications that go beyond lithium alone.
The theorists have overcome major computational and conceptual hurdles that for decades have prevented scientists from using quantum mechanics to predict electron excitation energies from first principles. Sims first proposed in the late 1960s that such a quantum approach could be possible, but its application to anything more than two electrons required a fiendishly difficult set of calculations that, until recently, was beyond the capacity of even the world’s fastest computers. In 2006 the team used a novel combination of algorithms, extended precision computing and the increase in power brought about by parallel computing to calculate the most accurate values ever for a simple, two-electron hydrogen molecule.**
By making improvements to those algorithms, Sims and Hagstrom now have been able to apply their approach to the significantly more difficult problem of lithium, which has three electrons. Much of the original difficulty with their method stems from the fact that in atoms with more than one electron the mutually repulsive forces among these tiny elementary particles introduces complications that make calculations extremely time-consuming, if not practically impossible.
Sims says that while the lithium calculation is valuable in itself, the deeper import of refining their method is that it should enable the calculation of excitation energies for beryllium, which has four electrons. In turn, this next achievement should enable theorists to predict with greater accuracy values for all of the remaining elements in the second row of the periodic table, from beryllium to neon, and potentially the rest of the periodic table as well. “The mathematical troubles we have with multiple electrons can all be reduced to problems with four electrons,” says Sims, a quantum chemist in the mathematics and computational sciences division. “Once we’ve tackled that, the mathematics for other elements is not any more difficult inherently—there’s just more number-crunching involved.”
To obtain their results, the researchers used 32 parallel processors in a NIST computer cluster, where they are currently working on the calculations for beryllium.
High precision determinations of excitation energies are of interest to scientists and engineers who characterize and model all types of gaseous systems, including plasmas and planetary atmospheres. Other application areas include astrophysics and health physics.
* J.S. Sims and S.A. Hagstrom. Hylleraas-configuration-interaction study of the 2 2S ground state of neutral lithium and the first five excited 2S states. Physical Review A, Nov. 19 2009, 10.1103/PhysRevA.80.052507.
** See “Algorithm Advance Produces Quantum Calculation Record,” NIST Tech Beat, March 16, 2006.
Chad Boutin | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.nist.gov
Weitere Berichte zu: Atomic > excitation energy > Lithium > lithium calculation > NIST > Property > quantum chemist
Ocean warming causes elephant seals to dive deeper
09.02.2012 | Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung
How the zebra got its stripes
09.02.2012 | The Company of Biologists
Erstmals gezeigt, dass Atomkerne transparent werden
Einem Team von DESY-Wissenschaftlern um Dr. Ralf Röhlsberger gelang es an der hochbrillanten Synchrotronlichtquelle PETRA III, Atomkerne mit Hilfe von Röntgenlicht transparent zu machen. Sie entdeckten dabei gleichzeitig ein neues Prinzip, um einen optisch gesteuerten Schalter für Licht herzustellen, also Licht mit Licht zu beeinflussen, ein wichtiger Baustein auf dem ...
Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst
Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...
Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.
Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.
Das System ...
Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.
Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.
Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...
Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.
Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...
Anzeige
Anzeige

Kaltwasserkorallen als Anpassungskünstler?
09.02.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz
Wandel der Hochschulbildung in Deutschland und Professionalisierung
09.02.2012 | Studien Analysen
Ocean warming causes elephant seals to dive deeper
09.02.2012 | Biowissenschaften Chemie
7. Mannheimer Arbeitsrechtstag am 14. März mit Experten aus Theorie und Praxis
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Teams aus neun Ländern treffen sich an der Leibniz Universität zum 6th Hanover PreMoot
09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten