复旦大学马余刚院士发表首次实验观测

　　复旦大学马余刚院士团队在激光核物理领域获得重要进展。2022年1月31日，一项飞秒强激光核物理领域的研究成果，以「飞秒泵浦时抖动电子与离子库伦碰撞所产生的同质异能态」（Femtosecond Pumping of Nuclear Isomeric States by the Coulomb Collision of Ions with Quivering Electrons ） 为题，在《物理评论快报》（PHYSICAL REVIEW LETTERS 128, 052501 (2022) ；doi://10.1103/PhysRevLett.128.052501 ）上发表。论文由上海交通大学张杰院士团队与复旦大学马余刚院士团队合作完成，陈黎明和符长波是论文通讯作者，冯杰为论文的第一作者。
　　近年来随着强激光技术的发展，强激光驱动下与原子核相关的物理过程引起越来越多的重视。原子核同质异能态，即处在亚稳态的核素，由于其核结构理论的研究价值以及潜在的应用价值，一直以来是核物理研究的重要课题。超短的飞秒脉冲强激光，由于其能量在时间和空间维度上高度集中，有望形成超高电荷密度的加速以获得传统加速器无法比拟的超高的产生率，激发产生同质异能态。这将对核结构、医学射线成像、原子核时钟、伽马激光器、天体核合成等领域产生重要推动作用。
　　在该文中，合作团队报道了首次从实验上观测到了飞秒激光驱动产生的同质异能态。团队利用一台百太瓦级桌面型激光器为驱动源，观测到了Kr83核素的同质异能态（其能级为42keV，寿命为1.83小时）。其峰值产生效率达2.34E15 p/s，超出传统加速器所能达到的峰值产生率数个量级。理论分析表明，近固体密度的电子在强激光场和团簇等离子体共同作用下会多次往返抖动形成共振，增加电子与原子核的相互作用机会，进而大幅提高了同质异能素的产额。理论分析同时表明，该实验条件下的同质异能态可能主要来自于库伦激发机制，但不排除另外一种重要激发机制NEEC的存在。NEEC，即电子俘获核激发（Nuclear Excitation by Electron Capture），是原子核内转换（Internal Conversion）的逆过程，实验上尽管经过数十年的寻找，但仍没确切被证实。
　　图： 强激光Kr83同质异能态实验装置示意图（左）和Kr83m退激衰变时间谱（右下）和光子能谱（右下）。
　　此外马余刚团队近期也受邀发表了综述文章，其题为「New Opportunities for Nuclear and Atomic Physics in Femto-to-Nanometer Scale with Ultra-Intensity Lasers」【Matter and Radiation at Extremes 7, 024201 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0059405 】。文章综述了目前存在于原子和原子核尺度之间（也就是纳米和飞米尺度之间）的一些物理困惑，包括: 质子电荷半径、中子寿命、深度狄拉克态（Deep Dirac Level）等；并探索了利用强激光研究此尺度范围问题的可能途径，包括NEEC、电子桥（Electron Bridge）等。文章以「编辑推荐」的方式发表，并获得了AZO Optics的报道推荐（https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=2117）。该文章由符长波、张国强、马余刚共同执笔完成。
　　原文链接：
　　http://imp.fudan.edu.cn/97/38/c1002a431928/page.htm
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