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原子与分子物理新进展 中国科技大学近代物理系 合肥微尺度物质科学国家实验室原子分子科学部 陈向军 报告提纲 原子分子物理学的重要性 原子分子物理学的新进展 原子分子物理学的重要性 原子分子物理学的重要性 每一次新的实验方法、理论方法都会带来原子分子物理的振兴。 原子分子物理学的重要性 “两弹元勋”彭恒武先生说过：“原子分子物理是发展交叉学科最有力的学科……” 原子、分子及离子广泛存在于天体、星际空间、地球大气、等离子体、生物体和化学反应中，因此，许多学科的发展与原子分子物理密切相关。 原子分子物理学的重要性 新能源、尖端武器的研制需要大量原子分子数据。 例如，惯性约束核聚变中存在大量的电子、离子、原子的碰撞，需要大量这些碰撞的截面数据，需要通过实验和理论计算获得； 又如：X激光武器的研制也需要离子的各种数据，而通常这些数据国际上均必威体育官网网址而不公开发表，需要自己测量。 原子分子物理学的重要性 原子分子物理研究中发展出来的许多方法和仪器，如电子能谱仪、俄歇谱仪、各种光谱仪、X荧光分析仪、磁共振谱仪、原子钟等等在各方面都得到了很大的应用。 原子物理学一些新近展 原子分子物理的研究内容和热点 原子分子物理学是研究原子分子（包括离子和团簇）的结构和相互作用的科学，它与凝聚态物质生成、化学反应、能源问题、生命组成与活动乃至天体演变过程密切联系。其前沿研究涉及到多学科的交叉，如物理学（包括光学、等离子体物理、天体物理、核物理）、化学、生命科学、空间科学等。 原子分子物理的研究内容和热点 光子(激光、同步辐射)、电子和原子分子碰撞 (ICPEAC)； 高离化态原子物理(离子储存环、EBIT) 纳米科学中的原子分子物理基础 原子分子测控 冷原子物理 原子分子超精密光谱和原子频标 强场下的原子分子物理等方面 激光光谱的新进展 1970年A.L.Schawlow等人研制成功窄带调频染料激光器，并用来发展了激光光谱学方法后，由于高分辨、高单色亮度、高的测量精度和高灵敏度，成为研究原子分子价壳层激发态结构的重要手段。 从那时起，激光光谱学的分辨率、灵敏度和测量精度就不断提高。 激光光谱的新进展 超高分辨、超高精度： 冷H原子1S基态到2S亚稳态的双光子跃迁。 跃迁的对应的谱线为243nm，测量的线宽为1kHZ (5.376?10-15eV), 分辨率为：8 ?10-13。这相当于测量地球赤道的周长精确到一根头发丝！！ 激光光谱的新进展 超高灵敏度： 例如：采用共焦荧光技术，科学家可以通过光子爆发，观测到溶液中的单个分子。 激光诱导与荧光技术与近场显微技术结合，也可以探测单个分子。 光电子谱学的新进展 1970年，K.M. Siegbahn发展了利用电子能谱仪测量光电子和俄歇电子的能谱方法，成为另一种研究原子、分子能级结构的方法，并发现了化学位移。 同步辐射和阈光电离谱学发展和结合，使得分辨率提高到0.001nm的量级，能够清楚地分辨分子的转动能谱。 电子碰撞谱学新进展 1913年Franck-Hertz实验开创了电子碰撞谱学的领域，之后，电子碰撞一直是研究原子分子能级结构、碰撞截面及动力学的重要手段。 电子碰撞谱学的发展： 高能量分辨、高效率和“完全实验”。 电子碰撞谱学新进展 高能量分辨： 低能电子能量损失谱仪 1-10 meV 高能(keV)电子能量损失谱仪 40 meV 可以分辨分子的振动能级。 电子碰撞谱学新进展 高效率： 由于探测技术(两维位置灵敏探测技术)的发展和计算机技术的发展，人们设计出特殊形状的电子能量分析器，并可以采用多通道技术，大大提高了谱已的效率，使原来截面很小(如内壳层激发)，很难测量的过程变得容易。 电子碰撞谱学新进展 “完全实验”： 符合测量参与散射过程的所有粒子的运动学参量。例如在电子与原子分子碰撞后，除了测量散射电子外，还符合测量退激发光子、电离电子、解离的正、负离子等。 电子碰撞谱学新进展 电子碰撞谱学一个有意思的分支是： (e,2e)电子动量谱学：它是唯一一种在电子结构水平上获得原子分子分立轨道电子密度分布（动量空间）的实验方法。 电子碰撞谱学新进展 澳大利亚的科学家和加拿大的科学家今年来，分别将电子动量谱仪应用到了固体和生物分子领域。例如：加拿大的科学家测量了一种氨基酸分子的HOMO轨道的电子密度分布。 冷原子物理是一个全新的领域。 通过激光冷却、蒸发冷却等一系列措施，科学家们可以将原子冷却到绝对温度50nK。进而实现了玻色-爱因斯坦凝聚。 光脉冲在超冷原子气体中的超慢传播：