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中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心科研人員與合作者開展了高能Xe⁵⁴⁺離子與Kr和Xe原子碰撞中非輻射電子俘獲過程的實驗研究，相關(guān)成果于近期發(fā)表在Physical Review A和Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics上。

離子-原子碰撞是電磁相互作用決定下的量子多體系統(tǒng)演化過程。電子俘獲是其基本過程之一，對天體物理和等離子體物理的研究具有重要意義。高電荷態(tài)重離子攜帶著極強的庫侖場，電子在強庫侖場中的高速運動有顯著的相對論效應(yīng)和量子電動力學(xué)效應(yīng)，其出射的X射線譜是研究離子-原子碰撞過程的有力手段。

高能高電荷態(tài)重離子與原子碰撞中的非輻射電子俘獲（NRC）過程本質(zhì)上是電子與原子核之間的相互作用?，F(xiàn)代實驗研究方法是將大型重離子加速器冷卻儲存環(huán)與氣體內(nèi)靶相結(jié)合，來獲得高亮度單次碰撞的純凈X射線譜。相關(guān)實驗結(jié)果有助于精確獲得加速器和儲存環(huán)中重離子束流的電荷態(tài)分布和儲存壽命。目前，國際上僅開展了少數(shù)幾個高能高電荷態(tài)重離子NRC精細譜學(xué)實驗。

近代物理所原子分子譜學(xué)研究團隊利用蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)（HIRFL-CSR），開展了百MeV/u能區(qū)Xe⁵⁴⁺+Xe對稱碰撞實驗研究。在“能級匹配”和“速度匹配”條件同時滿足時，團隊發(fā)現(xiàn)共振電子俘獲在非輻射雙電子俘獲（NRDC）過程中起重要作用，引起關(guān)聯(lián)俘獲，此時獨立電子近似不再成立。與之相反，Xe⁵⁴⁺+Kr碰撞中的NRDC過程是兩個獨立的單俘獲。

此外，研究團隊還開展了單電子NRC至Xe⁵³⁺離子2p_3/2量子態(tài)角動量空間取向以及NRC至Xe⁵³⁺激發(fā)態(tài)選擇分布的相關(guān)研究。隨著碰撞能量的增高，俘獲電子在Xe⁵³⁺(2p_3/2)態(tài)的角動量取向從顯著非統(tǒng)計分布逐漸變?yōu)榻y(tǒng)計分布。

以上研究有助于揭示少電子重離子體系激發(fā)態(tài)的形成機制，為強場擾動極端條件下的相對論效應(yīng)和量子電動力學(xué)效應(yīng)等研究提供了新視角。

相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院“西部之光”和蘭州重離子研究裝置等項目的支持。

文章鏈接：

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.110.022801

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6455/acb58f

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.104.032815

https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.102.042803

圖：在HIRFL-CSR實驗環(huán)上開展高能Xe⁵⁴⁺離子與Kr和Xe原子碰撞中非輻射電子俘獲精細X射線譜的實驗裝置示意圖。（圖/原子物理中心）

圖：高速Xe⁵⁴⁺離子與Kr和Xe原子碰撞中NRDC至Xe⁵²⁺離子和NRC至Xe⁵³⁺的躍遷強度比。（圖/楊變）

（原子分子譜學(xué)室?? 供稿）