Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters 22 октября, бросает вызов традиционным представлениям об обмене зарядами в столкновениях ион-атомного типа, предоставляя прямые доказательства нарушения статистики спина. Эта работа, проведённая учеными из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS), имеет важное значение для понимания электронной динамики в быстрых столкновительных процессах и квантовой манипуляции атомной и молекулярной реактивностью.

С момента получения первого рентгеновского изображения кометы в 1996 году, изучение обмена зарядами в столкновениях высокозаряженных ионов с атомами или молекулами стало актуальной темой для исследований. Астрофизикам требуются более точные данные для моделирования наблюдаемых рентгеновских спектров. Традиционно предполагается, что обмен зарядами следует статистическим правилам относительно полного спинового квантового числа, что имеет фундаментальное значение в различных областях.

Однако новое исследование IMP поставило под сомнение эти предположения. Используя низкоэнергетические установки Heavy Ion Research Facility в Ланьчжоу и реакционный микроскоп высокого разрешения, учёные провели эксперимент с использованием ионов C3 + и нейтрального гелия в качестве мишени. Ион C3 + был выбран в качестве кандидата для этого исследования, поскольку он не имеет длительных возбуждённых состояний и всегда находится в своём основном состоянии в области столкновения.

Профессор Чжу Сяолун из IMP, главный автор исследования, пояснил: «Используя реакционный микроскоп, мы можем легко определить атомные состояния в момент захвата электрона при столкновении, преодолевая трудности, с которыми сталкивались в предыдущих экспериментах. Таким образом, относительно легче точно проанализировать основные механизмы».

Команда учёных напрямую измерила коэффициенты поперечного сечения, разрешённые по спину, в качестве исследования спиновой статистики. Результаты продемонстрировали нарушение предположений о спиновой статистике при высоких энергиях столкновения, где они традиционно считаются верными.

Профессор Ма Синьвэнь из IMP, один из авторов исследования, отметил: «Новое открытие поднимает интригующие вопросы как в понимании электронной динамики во время столь быстрых столкновительных процессов, так и в исследовании квантовой манипуляции атомной и молекулярной реактивностью».

Это исследование не только предоставляет новые данные для моделирования рентгеновских спектров в астрофизике, но и открывает новые возможности для изучения квантовой динамики в столкновениях ион-атомного типа, что может иметь значительные последствия для различных областей, включая физику плазмы, химическую физику и материаловедение.