近日，中國科學院近代物理研究所研究員馬新文團隊聯(lián)合法國索邦大學教授Alain Dubois，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進展。相關研究成果發(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探討原子和分子相互作用的動力學研究中發(fā)揮作用，有助于解釋等離子體物理學、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的實驗結果。通常，在對上述系統(tǒng)及其原子過程進行建模時，科研人員對原子電子結構和動力學采用近似方法處理，尤其是涉及多個開殼原子或分子的碰撞導致假的自旋態(tài)和忽略電子交換耦合的情況。因此，科研人員一般根據(jù)各自的自旋簡并度統(tǒng)計加權對應的量子態(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)的高分辨率反應顯微成像譜儀，通過實驗測量單電子俘獲到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)的強度比。實驗結果表明，該結果與最新發(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，證實了電子關聯(lián)在電荷轉移中的作用。

上述研究克服了以往實驗和理論上的困難，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)計假設的失效。這一成果有望加深科研人員對超快碰撞過程中電子動力學的認知，并為原子和分子反應相關的量子操控研究提供新視角。

研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的支持。?

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高分辨率反應顯微成像譜儀