近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員馬新文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合法國(guó)索邦大學(xué)教授Alain Dubois，在離子-原子電荷交換碰撞的自旋統(tǒng)計(jì)破缺研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

電子的電荷與自旋自由度之間的耦合在探討原子和分子相互作用的動(dòng)力學(xué)研究中發(fā)揮作用，有助于解釋等離子體物理學(xué)、高能X射線激光器開發(fā)、熱核聚變和天體物理等研究領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通常，在對(duì)上述系統(tǒng)及其原子過程進(jìn)行建模時(shí)，科研人員對(duì)原子電子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)采用近似方法處理，尤其是涉及多個(gè)開殼原子或分子的碰撞導(dǎo)致假的自旋態(tài)和忽略電子交換耦合的情況。因此，科研人員一般根據(jù)各自的自旋簡(jiǎn)并度統(tǒng)計(jì)加權(quán)對(duì)應(yīng)的量子態(tài)截面。

該研究利用蘭州重離子加速器產(chǎn)生的C³⁺離子與氦原子碰撞，依托自主研發(fā)的高分辨率反應(yīng)顯微成像譜儀，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量單電子俘獲到C³⁺離子2p軌道的自旋三重態(tài)和單重態(tài)的截面，得到三重態(tài)與單重態(tài)的強(qiáng)度比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該結(jié)果與最新發(fā)現(xiàn)的3個(gè)激活電子的漸近態(tài)緊耦合理論計(jì)算結(jié)果一致，證實(shí)了電子關(guān)聯(lián)在電荷轉(zhuǎn)移中的作用。

上述研究克服了以往實(shí)驗(yàn)和理論上的困難，尤其在高碰撞能量下，在積分和散射角微分截面水平上證明了傳統(tǒng)自旋統(tǒng)計(jì)假設(shè)的失效。這一成果有望加深科研人員對(duì)超快碰撞過程中電子動(dòng)力學(xué)的認(rèn)知，并為原子和分子反應(yīng)相關(guān)的量子操控研究提供新視角。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。?

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高分辨率反應(yīng)顯微成像譜儀