利用CO+与He碰撞测量相对散射相位实验研究

In ion-atom collision processes, the transition amplitudes of the collision processes between particles consist of two parts, i.e., the module as well as the phase. However, in most cases the phase information cannot be directly accessed in experiments as measured the cross sections are proportional to the module square of the transition amplitude. Recently, we report on an alternative method with which the relative scattering phase of ion-atom collisions can be read out via two-center interference effects [PRA 97 020701(R)]. However, the measured phase in the work is integrated over the transverse momentum transfer, it is thus cannot be directly tested theoretically. We thus propose a new series of experiments of CO+-He collisions with the upgraded reaction microscope. In the new proposal, the momentum transfer and the orientations of CO+ molecular axes will be measured in coincidence. The relative scattering phases from the interference patterns of the matter waves can be extracted in the kinematically-complete manner. The relevance between the momentum transfer, the CO+ molecular states, the orientations of CO+ molecules and the relative scattering phases can be studied in detail which will advance our knowledge about collision dynamics of the ion-atom collisions.

在离子-原子碰撞研究中，粒子间相互作用引起的跃迁振幅一般包含模和相位两项，离子-原子碰撞实验仅能获取模信息(反应截面)，无法得到相位信息。最近我们实验研究[PRA 97 020701(R)]发现，离子与双原子分子碰撞时，炮弹在分子两核上的散射相位差会引起干涉图样移动，因此可以从离子-双原子分子碰撞中提取相对散射相位。但是在该实验中未能采用完全的动力学测量技术，无法对此相位进行微分研究。本申请拟使用升级后的反应显微成像谱仪，采用四重符合测量技术，开展CO+与He碰撞实验研究。对CO+激发解离且He电离反应通道进行运动学完全测量，实现CO+碎片4π立体角收集，同时对CO+分子轴取向及反应动量转移进行精确测量。从物质波双缝干涉谱中，我们可以提取该反应的相对散射相位，进而实现散射相位的微分研究。本工作将澄清动量转移、分子态布局、分子轴取向与散射相位的关联，加深对离子-原子碰撞动力学的认识。

在离子-原子碰撞研究中，粒子间相互作用引起的跃迁振幅一般包含模和相位两项，离子-原子碰撞实验仅能获取模信息(反应截面)，无法得到相位信息。在离子与双原子分子碰撞实验研究中，项目团队发现炮弹在分子两核上的散射相位差会引起干涉图样移动，因此可以利用离子-双原子分子碰撞提取相对散射相位。本项目计划开展CO++He→C++O+He++e碰撞实验，测量原子在分子两核上散射的相位差，研究动量转移、分子态布局、分子轴取向等因素与相对散射相位之间的关联。.为完成项目研究目标，提高态选择分辨能力，项目组对现有反应显微成像谱仪进行大幅度改进，设计了新型的飞行时间谱仪，并创造了新型的飞行时间聚焦方法，将反应显微成像谱仪动量分辨由原来的约0.5 a.u.提高至0.054 a.u.，分辨提高接近一个量级，创造了动量分辨新纪录。本项目是国际上首次开展中低能区分子离子炮弹解离实验，缺乏理论指导，没有相关实验经验可以借鉴，设备也缺乏类似实验检验，项目执行难度远超预期：第一个困难源于CO+荷质比太小，近物所320kV高电荷态离子综合研究平台配备的二极铁在偏转它时因为温度过高无法稳定工作，项目组通过增加二极铁冷却水水压提高冷却能力克服了这个困难。第二个困难是在项目能区碰撞导致CO+激发解离的反应截面过小，即使在复合测量状态下实验依然无法观测到反应产生的C+、O。为了继续完成项目研究目标，实验方案调整为测量反应截面更大的俘获解离通道，同时将炮弹更换为更适合该通道研究的CH+,实验测量了CH++He→C+H+He+反应中末态所有三个产物的三维动量，并获得了CH+解离中释放的动能分布，观测到物质波双中心干涉及散射相位差调制的迹象。实验方案调整导致了一个新的困难——散射探测器死时间性能要求高。当前散射探测器并不能完全满足实验要求，导致尚未完成项目所有研究目标。为了完成研究目标，项目组已完成了死时间性能满足需求的六角阳极位置灵敏探测器的设计工作，正在加工，预计年内可完成项目所有研究内容。.