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氦原子双光子双电离的虚序列图像

 氦原子中存在一个原子核和两个电子,是一个典型的微观三体系统。氦原子在远紫外光(XUV)作用下发生的双光子双电离过程,在当前的理论和实验研究中都还是一个难题,是近十多年来的一个研究热点。近期,北京大学“极端光学研究创新团队”的彭良友副教授和龚旗煌院士等在氦原子双光子双电离总截面的理论研究中取得重要进展,研究成果发表在《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 115, 153002 (2015)】。博士生姜维超为文章第一作者,已赴奥地利维也纳技术大学从事博士后研究。

 对于双电离总截面这一表征氦原子双光子双电离过程的基本物理量,目前实验测量的结果因多种原因还存在较大的误差。近年来,人们发展了很多复杂的数值方法用于氦原子双光子双电离总截面的预测。不同理论之间尚有较大争议,争论的焦点在于末态电子关联在总截面的计算中是否具有不可或缺的重要作用。极端光学创新团队成员基于二阶含时微扰论、通过弱化电子关联作用来构建物理模型,给出了计算氦原子双光子双电离的解析表达式。模型结果与精确数值求解含时薛定谔方程(TDSE)的结果完美相符(见下图)。

 这一理论成果具有多方面的意义。首先,与之前一些理论的预期不同,计算结果表明电子关联在氦原子双光子双电离总截面的计算中并不非常重要;其次,模型揭示了“非序列双光子双电离”与“序列双光子双电离”的内在联系,将非序列双光子双电离解析为“虚序列图像”。虚序列图像可以很好的解释精确TDSE数值计算中发现的很多特征,比如在接近序列电离(光子能量为54.4eV)的区域,总截面会急剧上升,两个电子也倾向于以极端不等能的方式出射;第三,模型对基于微扰论计算氦原子双光子双电离的理论方法具有推动作用,这项研究成果表明了作为中间态的单电离连续态对双光子双电离过程具有决定性影响。

 这项研究工作得到了国家自然科学基金委的面上项目和优秀青年基金项目,教育部新世纪优秀人才支持计划,科技部的973计划,人工微结构和介观物理国家重点实验室,以及2011协同创新中心的资助。

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