中國科學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，相關成果于近期發表在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和量子電動力學效應，其出射的X射線譜是研究離子-原子碰撞過程的有力手段。
 

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

　　近代物理所原子分子譜學研究團隊利用蘭州重離子加速器冷卻儲存環(HIRFL-CSR)，開展了百MeV/u能區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，團隊發現共振電子俘獲在非輻射雙電子俘獲(NRDC)過程中起重要作用，引起關聯俘獲，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2p3/2量子態角動量空間取向以及NRC至Xe53+激發態選擇分布的相關研究。隨著碰撞能量的增高，俘獲電子在Xe53+(2p3/2)態的角動量取向從顯著非統計分布逐漸變為統計分布。
 

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

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

　　圖：在HIRFL-CSR實驗環上開展高能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：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