高電荷態重離子攜帶著自然界最強的庫侖場。電子在強庫侖場中的運動有較強的相對論效應和量子電動力學（QED）效應，其退激過程的X射線譜是探究微觀世界的重要視窗之一。
中國科學院近代物理研究所原子分子譜學室科研人員利用從頭計算QED理論方法，基於近期可達到的實驗條件，開展了一系列理論預研工作。近代物理所建成的蘭州重離子加速器冷卻儲存環（HIRFL-CSR）、低能量強流高電荷態重離子研究裝置（LEAF）和正在建設中的強流重離子加速器裝置（HIAF），可以提供從0.3 MeV/u至約1 GeV/u的強流高電荷態重離子束，為開展強場QED研究提供了條件。
研究基於HIRFL-CSR裝置，探究了電子與類氫重離子碰撞中雙電子複合-雙電子單光子躍遷（DR-TEOP）過程和輻射覆合（RR）過程的干涉現象；針對HIAF裝置，剖析了2s激發態類氫重離子雙光子衰變中左旋與右旋極化的光子的不對稱性；基於LEAF裝置，闡釋了類氦雙激發態離子的TEOP過程，系統計算了核電荷數從5到92離子（2l, 2l’）各量子態TEOP躍遷、單電子單光子躍遷和俄歇過程的速率。
上述進展為在大科學裝置上開展高電荷態重離子中的奇異電磁躍遷實驗研究奠定了基礎。預研結果分別以快報（Rapid Communications）、通訊（Letter）和常規論文（Article）的形式發表在Physical Review A上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等的支援。
圖1.處於自旋極化2s激發態的類氫U91+離子發生單電子雙光子躍遷時，兩個光子能量相等（即x=0.5，左圖）和一個光子能量是另一個光子的3倍（即x=0.25，右圖）時，兩光子左旋極化和右旋極化不對稱度與出射夾角的關係。
圖2.量子電動力學從頭計算得到的雙激發態類氦離子中雙電子單光子躍遷（圖中黑色實線）和（圖中紅色實線）的躍遷速率與原子序數的關係。圖中也給出了其他課題組的計算結果。
來源：中國科學院近代物理研究所
