近日，中國科學院近代物理研究所原子物理中心原子分子結構與動力學室科研人員在離子－原子電荷交換碰撞的自旋統(tǒng)計破缺研究方面取得重要進展。研究成果于10月22日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical　Review　Letters）上。

電子的電荷與自旋自由度之間的耦合在理解原子和分子相互作用的動力學研究中發(fā)揮著關鍵作用，對等離子體物理學、高能X射線激光器開發(fā)、熱核聚變和天體物理等研究領域實驗結果的解釋具有重要意義?？蒲腥藛T對以上系統(tǒng)及其原子過程進行建模，通常會對原子電子結構和動力學采用近似方法處理，尤其涉及多個開殼原子或分子的碰撞會導致假的自旋態(tài)和忽略電子交換耦合的情況?；诖耍蒲腥藛T一般會根據(jù)各自的自旋簡并度統(tǒng)計加權對應的量子態(tài)截面。

本項研究中，科研人員利用蘭州重離子加速器產(chǎn)生的C^3＋離子與氦原子碰撞，依托自主研發(fā)的高分辨率反應顯微成像譜儀，通過實驗測量了單電子俘獲到C^3＋離子2p軌道的自旋三重態(tài)和單重態(tài)的截面，并得到了三重態(tài)與單重態(tài)的強度比。實驗結果表明，與最新發(fā)現(xiàn)的3個激活電子的漸近態(tài)緊耦合理論計算結果一致，從而證實了電子關聯(lián)在電荷轉移中扮演了重要角色。

該研究工作克服了以往實驗和理論上的諸多困難，尤其在高碰撞能量下，從積分和散射角微分截面水平上證明了傳統(tǒng)自旋統(tǒng)計假設的失效（見下圖）。以上新發(fā)現(xiàn)有助于研究人員加深對超快碰撞過程中電子動力學的理解，并為探索原子和分子反應相關的量子操控研究提供了新視角。

此項工作第一作者為近代物理所朱小龍研究員，通訊作者為近代物理所馬新文研究員和法國索邦大學的Alain　Dubois教授。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院先導專項和國家自然科學基金項目的支持。?

文章鏈接：https：／／doi．org／10.1103／PhysRevLett．133.173002

圖1：C^3＋－He碰撞單電子轉移到2s2p三重態(tài)與單重態(tài)截面比R隨碰撞能量的變化關系以及與理論計算和其他實驗結果的比較

圖2：高分辨率反應顯微成像譜儀