近日，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所科研人員與合作者在理論上論證了利用加速器產(chǎn)生的相對(duì)論高電荷態(tài)離子探測(cè)氦團(tuán)簇（4He2）結(jié)構(gòu)的可行性。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
氦團(tuán)簇是自然界中一種非常特殊的二聚體分子，它的束縛能非常?。?0-7eV）并具有宏觀尺度的分子軸長(zhǎng)度（最長(zhǎng)可達(dá)0.02μm）。這一特征使該團(tuán)簇分子成為一種獨(dú)特的宏觀量子系統(tǒng)：分子80%的情況下處于經(jīng)典物理不允許的量子“隧穿區(qū)”，同時(shí)宏觀尺度的結(jié)構(gòu)使其呈現(xiàn)出較強(qiáng)的卡西米爾-博爾德相對(duì)論效應(yīng)，因此圍繞該團(tuán)簇開展的研究一直是交叉領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
雖然二十世紀(jì)二十年代科學(xué)家就預(yù)言了該分子的存在，但直到二十世紀(jì)末（1993-1994）人們才首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到它。盡管如此，由于該分子過于“巨大”，傳統(tǒng)方法不能對(duì)團(tuán)簇兩個(gè)中心同時(shí)作用，即無法在瞬間將該團(tuán)簇制備至解離態(tài)上，只能通過后續(xù)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)將其制備至解離態(tài)。這將導(dǎo)致團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的弛豫，因此迄今為止仍然沒有有效的實(shí)驗(yàn)手段對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)量。
為此，中科院近代物理研究所科研人員與合作者提出利用高能重離子庫(kù)侖場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)方向上的“壓縮”以及垂直方向的“延伸”這一相對(duì)論效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)該“宏觀”分子兩個(gè)原子中心的同時(shí)（超快）作用，進(jìn)而避免了由于信息傳遞遲滯導(dǎo)致的分子結(jié)構(gòu)弛豫，為分子結(jié)構(gòu)的正確測(cè)量提供了保障。
理論研究表明，當(dāng)高電荷態(tài)離子（例如U92+）的能量達(dá)到2GeV/u時(shí)，由于其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的畸變庫(kù)侖場(chǎng)可同時(shí)覆蓋氦二聚體團(tuán)簇的兩個(gè)原子中心。在該情形下，氦二聚體團(tuán)簇兩個(gè)原子中心被“同時(shí)”電離的幾率極大增加并成為主導(dǎo)反應(yīng)過程。通過對(duì)庫(kù)侖爆炸后碎片動(dòng)量的測(cè)量即可反推出碰撞瞬間的分子結(jié)構(gòu)。
該方法可應(yīng)用于其他大分子結(jié)構(gòu)的測(cè)量上，為相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展奠定了理論基礎(chǔ)。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃的支持。
