重离子奇异跃迁研究获进展

高电荷态重离子携带着自然界最强的库仑场。电子在强库仑场中的运动有较强的相对论效应和量子电动力学（QED）效应，其退激过程的X射线谱是探究微观世界的重要窗口之一。

中国科学院近代物理研究所原子分子谱学室科研人员利用从头计算QED理论方法，基于近期可达到的实验条件，开展了一系列理论预研工作。近代物理所建成的兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）、低能量强流高电荷态重离子研究装置（LEAF）和正在建设中的强流重离子加速器装置（HIAF），可以提供从0.3 MeV/u至约1 GeV/u的强流高电荷态重离子束，为开展强场QED研究提供了条件。

研究基于HIRFL-CSR装置，探究了电子与类氢重离子碰撞中双电子复合-双电子单光子跃迁（DR-TEOP）过程和辐射复合（RR）过程的干涉现象；针对HIAF装置，剖析了2s激发态类氢重离子双光子衰变中左旋与右旋极化的光子的不对称性；基于LEAF装置，阐释了类氦双激发态离子的TEOP过程，系统计算了核电荷数从5到92离子（2l, 2l’）各量子态TEOP跃迁、单电子单光子跃迁和俄歇过程的速率。

上述进展为在大科学装置上开展高电荷态重离子中的奇异电磁跃迁实验研究奠定了基础。预研结果分别以快报（Rapid Communications）、通讯（Letter）和常规论文（Article）的形式发表在Physical Review A上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持。

图1.处于自旋极化2s激发态的类氢U91+离子发生单电子双光子跃迁时，两个光子能量相等（即x=0.5，左图）和一个光子能量是另一个光子的3倍（即x=0.25，右图）时，两光子左旋极化和右旋极化不对称度与出射夹角的关系。

图2.量子电动力学从头计算得到的双激发态类氦离子中双电子单光子跃迁（图中黑色实线）和（图中红色实线）的跃迁速率与原子序数的关系。图中也给出了其他课题组的计算结果。

来源：中国科学院近代物理研究所