Low-energy positron collisions with CH4 molecule and Ar atom

Abstract

Theoretical work on vibrationally elastic scattering of positrons (e(+)) from two kinds of targets CH4 and Ar is reported. The present theory is based on the fixed nuclei approximation. Then, the wavefunction of the scattered positron satisfies a set of coupled differential equations derived from the Schroedinger equation for the total collision system. The interaction potential between a positron and a target is represented in the form of a local potential, which consists of the electrostatic and the polarization potentials. The vibrationally elastic Integral Cross Sections (ICS) have been calculated for the e(+) + CH4 and e(+) + Ar systems as a function of the collision energy. Below the positronium (Ps) formation threshold, the present ICS for both CH4 and Ar well reproduce the corresponding experimental Total Cross Sections (TCS). Qualitatively, the calculated ICS for CH4 has a behavior, which happens to be similar to that of Ar in the low energy region of 0.2 - 3 eV. Quantitatively, however, they are quite different. The difference mainly comes from the difference in the magnitude of the potential near r(sub c), which in turn comes from the difference in the value of r(sub c), that is, 3.24 au for CH4 and 2.85 au for Ar. Above the threshold for the positronium formation, the TCS are not appropriate quantities to compare with the present ICS, since contributions of the positronium formation cross section to the TCS become rapidly large. Elastic DCS (Differential Cross Section) was calculated for e(+) + CH4 at energy of 6 eV and for e(+) + Ar at 5 eV, where the experimental data are available. The shapes of the measured and calculated DCS are seen to be similar to each other. Furthermore, similarities between the present DCS of the two systems for energies of 3 - 10 eV was found.

2種類のターゲット、CH4およびArによる陽電子(e(+))の振動的弾性散乱に関する理論的研究結果を報告する。この理論は固定原子核近似に基づいている。また、散乱された陽電子の波動関数は全衝突系に関するシュレーディンガー方程式から導出される連立微分方程式を満たす。陽電子とターゲットとの相互作用ポテンシャルは、静電ポテンシャルと分極ポテンシャルから成る局所ポテンシャルの形で表される。陽電子とCH4および電子とAr系に関する振動的弾性散乱の積分散乱断面積(ICS)を、衝突エネルギーの関数として計算した。ポジトロニウム(Ps)形成以下のエネルギーでは、CH4およびArに関するICSの計算結果は、実験的に得られる全断面積(TCS)に一致することが分かった。定性的にはCH4に対するICSの計算値は、0.2?3eVの低エネルギー域におけるArのICSに類似していることが分かった。しかし、それらは定量的に全く異なっている。その差は主にr(sub c)近傍におけるポテンシャルの大きさの違いに起因する。言い換えるとそれはr(sub c)の違いに起因し、CH4では3.24au、Arでは2.85auである。Ps形成のしきい値以上におけるTCSは、現在のICSの計算値と比較するのに適当でなく、それはTCSに対するPs形成断面積の寄与が急激に大きくなるからである。衝突エネルギーが6eVにおける陽電子とCH4の衝突に関する弾性DCS(微分断面積)および5eVにおける陽電子とArの弾性DCSを計算し、実験データと比較した。DCSの計算値と測定値の形は、お互いに類似している。さらに衝突エネルギーが3?10eVの領域における2個の系の類似性を見出した。