宇宙中95%以上的可見物質(zhì)都處于等離子體狀態(tài),在恒星、超新星遺跡、星系、行星狀星云、X射線雙星和活動(dòng)星系核等研究中都涉及到等離子體過程。在天體等離子體內(nèi)部發(fā)生的各種過程中,電子與各種電荷態(tài)離子主要的碰撞反應(yīng)通道包括電子離子復(fù)合、電子碰撞電離和電子碰撞激發(fā),其中電子離子輻射復(fù)合RR(Radiative Recombination)和雙電子復(fù)合DR(Dielectronic Recombination)是最基本和最重要的原子過程。因此,對(duì)各種電荷態(tài)離子的輻射復(fù)合RR和雙電子復(fù)合DR反應(yīng)速率系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室精密測(cè)量是理解天體等離子體行為的先決條件。此外,電子和離子的反應(yīng)速率系數(shù)是了解等離子體演化動(dòng)力學(xué)和等離子體建模的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),不同溫度下的復(fù)合反應(yīng)速率決定著等離子體的性質(zhì),對(duì)深入認(rèn)識(shí)天體等離子體和聚變等離子體等基礎(chǔ)研究具有重要價(jià)值。
中國科學(xué)院近代物理所馬新文研究員課題組的科研人員利用蘭州重離子加速器國家實(shí)驗(yàn)室的重離子冷卻儲(chǔ)存環(huán)CSRm首次開展了類鈹40Ar14+離子的雙電子復(fù)合精密譜學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中不僅測(cè)量到了2s2→2s2p的所有雙電子復(fù)合DR共振躍遷,還觀測(cè)到了非常強(qiáng)的2s2→2p2三電子復(fù)合TR(Trielectronic Recombination)奇異躍遷的貢獻(xiàn)。此外,實(shí)驗(yàn)還首次得到了專門用于天體等離子體模型的等離子體速率系數(shù),并且與不同的理論模型進(jìn)行了對(duì)比。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三電子復(fù)合TR在電子離子復(fù)合低能段的貢獻(xiàn)甚至超過DR,澄清了不同理論模型的適用范圍,為天體等離子體模型提供了基準(zhǔn)數(shù)據(jù),并且為在重離子冷卻儲(chǔ)存環(huán)CSRe上和未來大型重離子加速器裝置HIAF上開展高電荷態(tài)離子雙電子復(fù)合精密譜學(xué)實(shí)驗(yàn)開展原子物理和核物理交叉前沿研究奠定了基礎(chǔ)。
研究成果發(fā)表在國際著名的天體物理期刊《The Astrophysical Journal Supplement Series》上(Astrophys. J. Suppl. S 235.1 (2018): 2)。該研究的合作單位包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),復(fù)旦大學(xué),德國吉森大學(xué),英國斯特拉斯克萊德大學(xué)等,文章鏈接: http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/aaa5b3/meta