中国科学院近代物理研究所原子物理中心科研人员与合作者开展了高能Xe54+离子与Kr和Xe原子碰撞中非辐射电子俘获过程的实验研究，相关成果于近期发表在Physical Review A和Journal of Physics B：Atomic，Molecular and Optical Physics上。
离子-原子碰撞是电磁相互作用决定下的量子多体系统演化过程。电子俘获是其基本过程之一，对天体物理和等离子体物理的研究具有重要意义。高电荷态重离子携带着极强的库仑场，电子在强库仑场中的高速运动有显著的相对论效应和量子电动力学效应，其出射的X射线谱是研究离子-原子碰撞过程的有力手段。
高能高电荷态重离子与原子碰撞中的非辐射电子俘获(NRC)过程本质上是电子与原子核之间的相互作用。现代实验研究方法是将大型重离子加速器冷却储存环与气体内靶相结合，来获得高亮度单次碰撞的纯净X射线谱。相关实验结果有助于精确获得加速器和储存环中重离子束流的电荷态分布和储存寿命。目前，国际上仅开展了少数几个高能高电荷态重离子NRC精细谱学实验。
近代物理所原子分子谱学研究团队利用兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)，开展了百MeV/u能区Xe54++Xe对称碰撞实验研究。在“能级匹配”和“速度匹配”条件同时满足时，团队发现共振电子俘获在非辐射双电子俘获(NRDC)过程中起重要作用，引起关联俘获，此时独立电子近似不再成立。与之相反，Xe54++Kr碰撞中的NRDC过程是两个独立的单俘获。
此外，研究团队还开展了单电子NRC至Xe53+离子2p3/2量子态角动量空间取向以及NRC至Xe53+激发态选择分布的相关研究。随着碰撞能量的增高，俘获电子在Xe53+(2p3/2)态的角动量取向从显著非统计分布逐渐变为统计分布。
以上研究有助于揭示少电子重离子体系激发态的形成机制，为强场扰动极端条件下的相对论效应和量子电动力学效应等研究提供了新视角。
相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”和兰州重离子研究装置等项目的支持。
图：在HIRFL-CSR实验环上开展高能Xe54+离子与Kr和Xe原子碰撞中非辐射电子俘获精细X射线谱的实验装置示意图
图：高速Xe54+离子与Kr和Xe原子碰撞中NRDC至Xe52+离子和NRC至Xe53+的跃迁强度比
