On the effects of a non-infinitesimal nuclear charge distribution on the hyperfine spectrum of Bi I

Abstract

Størrelsen på Breit-Rosenthal-effekten ble estimert for de fem 6p^3-tilstandene i vismut, 2P1/2, 4S3/2, 2P3/2, 2D3/2, og 2D5/2. Utregningene ble gjort med en multikonfigurasjons Dirac-Hartree-Fock-metode, med konfigurasjonsinteraksjons-utregninger gjort for å korrigere for relativistiske og kvanteelektrodynamiske effekter (MCDHF-CI). Samtidig ble det gjort en vurdering av den optimale mengden konfigurasjoner som inkluderes i beregningene, mot oppnådd presisjon, med aktivt-sett-metoden. Basert på utregningene vil de følgende verdiene kunne anbefales: -0.039(2) %fm^-2, -0.249(10) %fm^-2, -0.1 %fm^-2, 0.105(26) %fm^-2, og -0.017(8) %fm^-2. Resultatene samsvarer i størrelsesorden med tilsvarende undersøkelser gjort på kvikksølv og bly. Et forsøk ble gjort på å estimere hvor stor andel av hyperfinanomaliene mellom ulike vismut-isotoper Breit-Rosenthal-effekten utgjør, men grunnet stor usikkerhet i tilgjengelige eksperimentelle data, var det ikke mulig å treffe en sikker konklusjon. Hva angår aktivt-sett-metoden, ble det funnet at en strategisk og systematisk utvidelse av det aktive settet gav høyere presisjon med mindre bruk av dataressurser enn mindre \enquote{forsiktige} utvidelser.

The Breit-Rosenthal effect for the five $6p^3$ ground states of bismuth, 2P1/2, 4S3/2, 2D3/2, 2P3/2, and 2D5/2, were examined using a multiconfigurational Dirac-Hartree-Fock approach with relativistic and quantum electrodynamical corrections included in a configuration interaction calculation (MCDHF-CI), using the general-purpose relativistic atomic structure package GRASP2018. Concurrently, an exploration of the optimal expansions in the active set approach was done. Based on the calculations, the following recommendations were found: -0.039(2) %fm^-2, -0.249(10) %fm^-2, -0.1 %fm^-2, 0.105(26) %fm^-2, and -0.017(8) %fm^-2. An attempt was made at comparing the calculated Breit-Rosenthal effect with the hyperfine anomalies between 209Bi and 12 other bismuth isotopes, though the uncertainties in the available experimental data made such comparison difficult. The exploration of the active set approach showed that rather than achieving better accuracy by indiscriminately expanding the active space, better results at far lower computational cost can be achieved by systematic and strategic expansion of it. Better convergence towards experimentally measured values were achieved for expansions consisting of approximately 30 000 configurations, than for expansions in excess of 700 000 configurations.