強(qiáng)激光Kr83同質(zhì)異能態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 受訪者供圖
近日，上海交通大學(xué)張杰院士團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)馬余剛院士團(tuán)隊(duì)合作，首次在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到飛秒激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的原子核同質(zhì)異能態(tài)。相關(guān)研究以《飛秒泵浦時(shí)抖動(dòng)電子與離子庫倫碰撞所產(chǎn)生的同質(zhì)異能態(tài)》為題，在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
近年來，隨著強(qiáng)激光技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)下與原子核相關(guān)的物理過程引起越來越多的重視。原子核同質(zhì)異能態(tài)，即處在亞穩(wěn)態(tài)的核素，由于其核結(jié)構(gòu)理論的研究?jī)r(jià)值以及潛在的應(yīng)用價(jià)值，一直以來是核物理研究的重要課題。
“超短的飛秒脈沖強(qiáng)激光，由于其能量在時(shí)間和空間維度上高度集中，有望形成超高電荷密度的加速以獲得傳統(tǒng)加速器無法比擬的超高的產(chǎn)生率，激發(fā)產(chǎn)生同質(zhì)異能素?！痹撜撐墓餐ㄓ嵶髡摺?fù)旦大學(xué)教授符長(zhǎng)波對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說，“而超高同核異能素產(chǎn)生率是深入推進(jìn)原子核時(shí)鐘、伽馬激光器、核結(jié)構(gòu)、天體核合成等領(lǐng)域研究的重要前提之一。”
在該項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)利用一臺(tái)百太瓦級(jí)桌面型激光器為驅(qū)動(dòng)源，觀測(cè)到了Kr83核素的同質(zhì)異能態(tài)（其能級(jí)為42keV，壽命為1.83小時(shí)）。其峰值產(chǎn)生效率達(dá)2.34E15 p/s，超出傳統(tǒng)加速器所能達(dá)到的峰值產(chǎn)生率數(shù)個(gè)量級(jí)。
理論分析表明，近固體密度的電子在強(qiáng)激光場(chǎng)和等離子體團(tuán)簇共同作用下會(huì)多次往返抖動(dòng)形成共振，增加電子與原子核的相互作用機(jī)會(huì)，進(jìn)而大幅提高同質(zhì)異能素的產(chǎn)額。理論分析同時(shí)表明，該實(shí)驗(yàn)條件下的同質(zhì)異能態(tài)可能主要來自于庫倫激發(fā)機(jī)制，但不排除另外一種重要激發(fā)機(jī)制NEEC（即電子俘獲核激發(fā)）的存在。NEEC是原子核內(nèi)轉(zhuǎn)換的逆過程，實(shí)驗(yàn)上盡管經(jīng)過數(shù)十年的尋找，但仍沒確切被證實(shí)。
合作團(tuán)隊(duì)在近期發(fā)表的另一篇綜述文章指出，目前存在于原子和原子核尺度之間（也就是納米和飛米尺度之間）的一些物理困惑，包括質(zhì)子電荷半徑、中子壽命、深度狄拉克態(tài)等，有望通過強(qiáng)激光等離子體為平臺(tái)進(jìn)行研究。
“飛秒強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)的同質(zhì)異能素的首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，是在此方向的一項(xiàng)重要進(jìn)展。它標(biāo)志著在實(shí)驗(yàn)上研究納秒、皮秒、乃至飛秒時(shí)間尺度上超快核物理過程已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，并將有力促進(jìn)對(duì)核時(shí)鐘、伽馬激光器、以及NEEC的研究?！痹撜撐墓餐ㄓ嵶髡?、上海交通大學(xué)教授陳黎明說。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.052501
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