基于原子喷泉和离子速度影像的冷碰撞实验


冷碰撞

冷碰撞是碰撞能量介于超冷碰撞（<1 mK）与热碰撞（≥1 K）之间的原子或分子散射过程。在超冷碰撞中，由于离心势垒的存在，散射过程往往仅由角动量最低的分波（S波或P波）主导；在热碰撞中，角动量量子化效应被大量分波的参与掩盖，散射过程趋于半经典。而在二者之间的冷碰撞区域，不仅涉及多个角动量分波，角动量量子化效应也仍然明显，因此可观察到丰富的量子效应，如角动量离散化、分波间干涉、形状共振现象等等。


自电离碰撞

处于电子激发态的原子和其他原子或分子碰撞时，有可能产生会自电离的中间产物，通过发射一个电子形成原子离子或分子离子产物。这类碰撞广泛出现在亚稳态稀有气体原子 Rg*与靶原子或靶分子 A 的碰撞中：

Rg*+A → Rg+A++e- (Penning ionization)

Rg*+A → RgA++e- (Associative ionization)

我们选取了亚稳态 Kr 原子与 Rb 原子的体系进行研究，计划在未来使用 Ar、He 等其他元素的亚稳态，并使用更多样的靶原子或靶分子。


激光冷却技术与速度映射成像技术的结合

我们将基于激光冷却的原子喷泉技术与离子速度影像结合，在宽泛的碰撞能量（15 mK~8 K）范围内实现了高精度的 Penning 电离离子产物的微分散射截面直接测量。

这种新型实验构型具有如下主要优点：

  • 激光冷却原子的低碰撞能量展宽优势；
  • 离子速度影像的末态速度高分辨率优势。

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    量子现象

    我们在15 mK~1 K的碰撞能量范围内，观察到了分波间干涉现象，散射共振的可能迹象，以及散射截面对原子角动量初态的显著依赖。