基于动量成像谱仪的低能电子与惰性气体小团簇反应过程研究

The description of the motion of several mutually interacting particles, also referred to as the few-body problem (FBP), is a fundamentally.important and very challenging theoretical problem. It is based on the fact that the equations of motion are generally not analytically solvable for more than two particles. Fragmentation processes of atoms due to charged particle impact represent benchmark systems for theoretical models tackling the quantum FBP, as the interaction between the particles, the Coulomb force, is known with high accuracy. Moreover, collision experiments, where the initial and final states are determined in great detail, provide a direct examination of the accuracy and range of validity of the models. Electron impaction ionization of atoms or molecules (e,2e) provides a perfect examination tool, as the electron beam is easy to generate and the wavelength is relatively large thus easy to get interference effects..With the rapid progress of reaction microscope, electron impact ionization can be studied in a great detail. FDCS (fully differential cross section) can be extracted by measuring the ionized electron and recoil ion momentum in coincidence. Interference effects can thus be distinguished if any exists. Interference effect depends on the projectile coherence length, which the applicant has discovered during.his former reaserch in ion atom collision experiments. Thus the study of electron collision will provide direct comparision since the coherence length for electron beam and ion beam are quite different, while thereotically on the first order approximation the result for electron or ion collision should be the same ignor the coherence length. Moreover, since the ionized electrons and incident electrons.cannot be distinguished, the FDCS contains also the important electron correlation information compare to ion collision for example.

多体问题一直是物理学中悬而未决的基本问题之一，由于对于多体过程无法解析求解，理论上不得不采用各种近似。这些模型的好坏与适应性有赖于实验的检验。带电粒子与靶碰撞导致靶碎裂研究中初、末态都可以很好地确定，可以直接与各种理论模型相对比，是对各种理论模型的直接检验。而电子作为一种最简单的基本粒子更是一种理想的入射粒子，电子束易于产生，相干波长较长，反应过程也相对清晰简单。这也使得电子碰撞单电离过程(即e,2e 过程)被认为是最重要的基本过程之一。而由范德瓦尔斯力束缚形成的小团簇中，由于分子中原子间距较大而产生了原子间库仑衰变等新的现象。本项目利用复旦大学现代物理研究所的动量成像谱仪研究电子与超声气体靶产生的小团簇相互作用，通过对反应产物中的反冲离子与入射电子的符合测量，获得各种电离过程的微分截面，系统地研究不同入射电子能量下的(e,2e)过程验证各个理论模型，同时对比研究原子间距和环境原子的影响。

在原子分子物理研究领域，对碰撞反应的研究是研究量子少体问题、电子关联效应的重要基石。从夫兰克赫兹实验开始，电子作为入射束与原子分子的碰撞反应成为深入理解原子分子内部结构和动力学过程的重要研究手段。本项目主要利用全息动量成像谱仪技术研究低能量的电子（几十到几百电子伏）与超声气体靶产生的低温的气体靶之间的相互作用，主要有以下研究成果。.1).利用符合测量技术对电子与二氧化碳分子的碰撞测量其双电离后的碎裂通道，与反应过程的动能释放（KER），并与前人所作的光子、高能量电子与二氧化碳分子的碰撞反应对比。实验发现一方面200电子伏的电子碰撞与60eV的光子碰撞二氧化碳分子产生的二价母离子非常类似，其主要碎裂机制为连续碎裂机制。另一方面，与10千电子伏的电子碰撞对比，反应后其动能释放有着显著的差别。.2).对电子与氮气分子碰撞后产生的单电离、双电离、三电离过程进行了研究，测量了不同碎裂通道的动能释放。研究不同反应通道的动能释放随入射电子能量的变化规率，揭示了不同分子轨道电离对其碎裂的重要影响。.3).对电子与氨气分子团簇碰撞产物进行了研究，可以获得不同尺寸的氨气分子团簇的比例（团簇中氨气分子个数），从而分析在相同喷嘴孔径时，不同的注入气压对分子团簇形成的影响。.4).对电子与乙炔分子碰撞后反应产生的二价乙炔母离子的库伦爆炸通道进行了细致的研究。将引出场变弱可以提高分辩率，由蒙特卡罗方法摸拟分析了离子在此弱电场中的运动，分析实验结果发现了在靶体系在极低的温度下，由低能量的电子电离出的二阶母离子的三体解离通道不存在同公异构化现象。而前人的工作结果中由于分辨率不够或是靶体系处于较高的温度从而处于较高的分子振转激发态，结果中已经体现出了同分异构化过程，但没有进行仔细的研究和分析。