近日，中國科學(xué)院近代物理研究所原子物理中心原子分子結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)室科研人員在離子－原子電荷交換碰撞的自旋統(tǒng)計(jì)破缺研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果于10月22日發(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理解原子和分子相互作用的動(dòng)力學(xué)研究中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對(duì)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?qū)嶒?yàn)結(jié)果的解釋具有重要意義?？蒲腥藛T對(duì)以上系統(tǒng)及其原子過程進(jìn)行建模，通常會(huì)對(duì)原子電子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)采用近似方法處理，尤其涉及多個(gè)開殼原子或分子的碰撞會(huì)導(dǎo)致假的自旋態(tài)和忽略電子交換耦合的情況?；诖?，科研人員一般會(huì)根據(jù)各自的自旋簡并度統(tǒng)計(jì)加權(quán)對(duì)應(yīng)的量子態(tài)截面。

本項(xiàng)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(yīng)顯微成像譜儀，通過實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，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，從而證實(shí)了電子關(guān)聯(lián)在電荷轉(zhuǎn)移中扮演了重要角色。

該研究工作克服了以往實(shí)驗(yàn)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(jì)假設(shè)的失效（見下圖）。以上新發(fā)現(xiàn)有助于研究人員加深對(duì)超快碰撞過程中電子動(dòng)力學(xué)的理解，并為探索原子和分子反應(yīng)相關(guān)的量子操控研究提供了新視角。

此項(xiàng)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(xué)的Alain　Dubois教授。該研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(zhuǎn)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(guān)系以及與理論計(jì)算和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較

圖2：高分辨率反應(yīng)顯微成像譜儀