【48812】相对论能量重离子激光冷却与精细激光谱学试验研讨取得重要展开

  中国科学院近代物理研讨所原子物理中心的科研人员在兰州重离子冷却贮存环（CSRe）上初次展开了相对论能量类锂16O5+离子束的激光冷却和精细光谱丈量试验。该试验是现在激光冷却试验中离子束能量最高、离子电荷态最高、跃迁波长最短的试验，激光冷却相关研讨成果以Letter方式宣布在

  激光冷却贮存环中相对论能量的重离子束是最有期望得到高相空间密度离子束、完成离子束相变而且取得有序束和晶化束的一种办法。相关于现已很老练的随机冷却和电子冷却技能，贮存环上重离子束的激光冷却能够将离子束冷却到极低温度（mK），并能在激光冷却进程中展开高电荷态离子的精细激光谱学研讨。

  根据重离子加速器展开高电荷态离子精细激光谱学试验、查验根本物理规律是当时原子物理的重要研讨方向之一。但是遭到现有重离子贮存环的离子束能量和试验室可用激光波长的约束，现在世界上只展开了少量几个低电荷态离子的激光冷却和精细激光谱学试验。

  近期，近代物理所、西安电子科技大学、德国亥姆赫兹重离子研讨中心、达姆工业大学和亥姆霍兹德累斯顿中心的科研团队，使用一束220 纳米接连激光成功在CSRe上完成了相对论能量为275 MeV/u的类锂16O5+离子束的激光冷却和精细谱学试验。激光冷却后的离子束纵向动量展宽比电子冷却后的离子束纵向动量展宽下降一个数量级，是现在CSRe上取得的“最冷离子束”。

  为了全面了解激光冷却试验成果，研讨团队展开了贮存环单粒子追寻模仿办法，完成了激光冷却束团束肖特基频谱动力学进程的模仿作业，初次发现束团束的相干成分会对肖特基谱发生重要影响，并解说了激光冷却试验的观测成果，为下一步研讨超冷离子束动力学和精细激光谱学试验奠定了根底。

  在激光冷却试验的根底上，科研人员初次根据肖特基频谱办法展开了贮存环CSRe上类锂16O5+离子2S1/2-2P1/2 能级跃迁精细丈量。试验中经过纵向肖特基频谱确认了激光与重离子束间的共振，相较于常用的荧光勘探办法，该新办法可极大地进步关于快速率跃迁丈量的灵敏度，是现在CSRe上展开的首个重离子精细激光谱学试验。

  以上试验成果得到了世界同行的高度重视，为进一步展开重离子冷却贮存环精细激光谱学试验奠定了根底。跟着超短极紫外波长、高重频超短脉冲等先进激光技能的加快速度进行展开，未来有望在CSRe上和强流重离子加速器（HIAF）上展开更多高电荷态离子激光冷却和精细激光谱学试验，并在精细谱学试验精度和试验办法上取得打破，高精度查验量子电动力学等根本物理理论。

  该研讨作业得到了国家重点研制方案、国家自然科学基金和中国科学院青年立异促进会以及德国自然科学基金的支撑。

  图1. 贮存环CSRe上展开能量为275 MeV/u类锂16O5+离子束激光冷却和精细激光谱学的试验设备图（图/汶伟强）

  图2. 激光冷却16O5+离子束团束动力学进程的试验丈量的肖特基频谱与理论模仿的比照（图/汪寒冰）

  图3. 精细激光谱学试验成果：电子冷却下16O5+离子束与220 纳米激光作用后的肖特基频谱