Как свет поглощается газами с учётом столкновения атомов или молекул между собой

Столкновения атомов и молекул в газах приводят к возникновению появляются "электрических свойств" (дипольных моментов), и это вызывает поглощение света.  Такой эффект называется столкновительно-индуцированным поглощением (СИП). Учёт СИП важен для моделирования радиационных свойств атмосфер планет и астрофизических объектов. Однако точное моделирование СИП требует учета квантовых эффектов, что вычислительно затратно, особенно для систем с большим числом степеней свободы.

В статье, опубликованной в Physical Review A, исследователи из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН изучают, как свет поглощается газами  с учётом столкновения атомов или молекул между собой. В работе было предложено два метода расчёта квантовых поправок к низшим спектральным моментам СИП: разложение Вигнера – раскладывает квантовые эффекты в ряд (как многочлен) и метод континуального интеграла - представляет квантовую частицу как "цепочку бусин". В качестве примера рассмотрена система гелия и аргона (He-Ar), где трансляционные квантовые эффекты особенно заметны из-за малой массы гелия.

Оба метода были проверены сравнением с прямыми квантово-механическими расчетами в формализме волновой механики и показали отличное согласие, подтверждая их надежность. Полученные результаты показали, что методы Вигнера и континуального интеграла позволяют избежать трудоемких квантовых расчетов. Это открывает новые возможности для моделирования СИП в сложных системах. В перспективе эти методы могут быть применены к более сложным молекулам, например, к системам с участием водорода (H₂-X), где классическое описание не способно воспроизвести вращательную структуру спектра.