On the origins of spontaneous spherical symmetry-breaking in open-shell atoms through polymer self-consistent field theory
Notice bibliographique
Résumé
An alternative approach to density functional theory based on self-consistent field theory for ring polymers is applied to neutral atoms hydrogen to neon in their ground-states. The spontaneous emergence of an atomic shell structure and spherical symmetry-breaking of the total electron density are predicted by the model using the ideas of polymer excluded-volume between pairs of electrons to enforce the Pauli-exclusion principle and an exact electron self-interaction correction. The Pauli potential is approximated by neglecting inter-atomic correlations along with other types of correlations, and comparisons to Hartree-Fock theory are made, which also ignores correlations. The model shows excellent agreement with Hartree-Fock theory to within the standards of orbital-free density functional theory for the atomic binding energies and density profiles of the first six elements, providing exact matches for the elements hydrogen and helium. The predicted shell structure starts to deviate significantly past the element neon, and spherical symmetry-breaking is first predicted to occur at carbon instead of boron. The self-consistent field theory energy functional that describes the model is decomposed into thermodynamic components to trace the origin of spherical symmetry-breaking. It is found to arise from the electron density approaching closer to the nucleus in non-spherical distributions, which lowers the energy despite resulting in frustration between the quantum kinetic energy, electron-electron interaction, and the Pauli exclusion interaction. The symmetry-breaking effect is found to have a minimal impact on the binding energies, which suggests that the spherical-averaging approximation used in previous work is physically reasonable when investigating atomic systems. The pair density contour plots display behavior similar to polymer macro-phase separation, where individual electron pairs occupy single lobe structures that together form a dumbbell shape analogous to the 2p orbital shape. It is further shown that the predicted densities satisfy known constraints and produce the same total electronic density profile that is predicted by other formulations of quantum mechanics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».