(資料圖)

記者13日從中國科學院近代物理研究所(以下簡稱“近代物理所”)獲悉，該所原子物理中心科研人員在低能高電荷態離子電荷交換量子態選擇機制研究方面取得進展，成果發表在美國物理學會雜志《物理評論研究》上。

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

然而，電荷交換中靶電子如何選擇性地布居到高電荷態離子的空量子軌道涉及兩原子中心量子態躍遷這一量子力學基本問題。低能高電荷態離子電荷交換強微擾的特點使得準確測量量子態選擇布居一直是實驗原子物理學家的夢想。如何描述電荷交換中靶原子的電子波函數在高電荷態離子強庫侖場中的演化以及電子-電子關聯效應一直是理論學家面臨的挑戰。

科研人員基于近代物理所低能EBIS平臺和反應顯微成像譜儀裝置，完全測量了Ar8+與He電荷交換產生的反沖離子動量矢量二維譜。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選擇及散射角信息。通過對比最近發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，理論計算和實驗測量所得態選擇截面和散射角微分截面完全符合。由此，科研人員證實了低能高電荷態離子電荷交換碰撞中電子-電子相互作用的重要性。同時還發現電荷交換幾率對碰撞參數(橫向動量)非常敏感，而且和磁量子態散射截面上的震蕩結構存在對應關系。

該工作由近代物理所、杭州師范大學、北京應用物理與計算數學研究所及北京大學的科研人員合作完成。