近日，中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心科研人員在低能高電荷態(tài)離子電荷交換量子態(tài)選擇機(jī)制研究方面取得了進(jìn)展。成果發(fā)表在美國物理學(xué)會雜志（Physical Review Research 5,023123 (2023)上。  

　　先進(jìn)離子源的問世使得高電荷態(tài)原子物理研究成為一個全新的領(lǐng)域。高電荷態(tài)離子具有大量空的量子態(tài)軌道，容易俘獲中性物質(zhì)中的原子分子電子形成激發(fā)態(tài)并退激發(fā)射光子。因此，高電荷態(tài)離子電荷交換研究成為天文、聚變等高溫極端環(huán)境診斷和建模研究的重要手段，并且在材料輻照、光刻技術(shù)以及X射線光源具有重要應(yīng)用。  

　　然而，電荷交換中靶電子如何選擇性地布居到高電荷態(tài)離子的空量子軌道涉及兩原子中心量子態(tài)躍遷這一量子力學(xué)基本問題。低能高電荷態(tài)離子電荷交換強(qiáng)微擾的特點(diǎn)使得準(zhǔn)確測量量子態(tài)選擇布居一直是實(shí)驗(yàn)原子物理學(xué)家的夢想。如何描述電荷交換中靶原子的電子波函數(shù)在高電荷態(tài)離子強(qiáng)庫侖場中的演化以及電子-電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)一直是理論學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)。  

　　科研人員基于近代物理所低能EBIS平臺和反應(yīng)顯微成像譜儀裝置，完全測量了Ar8+與He電荷交換產(chǎn)生的反沖離子動量矢量二維譜，參見下圖。由于電荷交換中動量和能量守恒，反沖離子縱向和橫向動量分別反映了電荷交換量子態(tài)選擇及散射角信息。通過對比最近發(fā)展的兩激活電子緊耦合理論方法，在考慮碰撞過程中電子-電子相互作用后，理論計算和實(shí)驗(yàn)測量所得態(tài)選擇截面和散射角微分截面完全符合。由此，科研人員證實(shí)了低能高電荷態(tài)離子電荷交換碰撞中電子-電子相互作用的重要性。同時還發(fā)現(xiàn)電荷交換幾率對碰撞參數(shù)(橫向動量)非常敏感，而且和磁量子態(tài)散射截面上的震蕩結(jié)構(gòu)存在對應(yīng)關(guān)系。  

　　該工作由近代物理所、杭州師范大學(xué)、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所及北京大學(xué)的科研人員合作完成。該項研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(B類)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、及中科院西部之光項目的支持。  

　　論文鏈接：https://journals.aps.org/prresearch/pdf/10.1103/PhysRevResearch.5.023123  

　　圖：實(shí)驗(yàn)測量所得1 keV/u Ar8+與He電荷交換反沖離子動量關(guān)聯(lián)譜。橫軸為反沖離子縱向動量；縱軸為反沖離子橫向動量。  

(原子物理中心  供稿)