激光辅助质子-氢原子碰撞动力学理论研究

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粒子碰撞是研究物质相互作用的重要途径和手段之一,激光是人类调控物质的重要工具。激光技术自从20世纪60年代以来不断革新,啁啾脉冲放大技术的出现,使激光脉冲的峰值强度得到了极大提高,达到并超过了太瓦(1012W/cm~2)量级,脉冲持续时间也压缩到了飞秒(1015s)量级。这样的强激光的电场可以与原子核对电子的库仑作用相比拟,脉冲长度也与碰撞作用时间接近。因此,通过超快激光可以对粒子的碰撞过程产生重要影响并进行调控。质子与氢原子的碰撞是最简单的粒子碰撞过程,它可以为各种复杂的碰撞现象提供重要的原型和机理。由此,本文通过数值方法求解含时薛定谔方程,模拟了强激光辅助下的质子和基态氢原子的碰撞过程,对碰撞动力学过程进行深入研究。主要进行了以下两方面工作:首先,我们系统地讨论了不同激光参数与碰撞参数下,在圆偏振激光辅助下的质子-氢原子碰撞过程。我们先系统分析了激光强度、激光频率和质子的入射速度等对碰撞过程有较为显著影响的参数。结果表明,在激光频率较低时电子俘获概率对激光相位依赖性较强,此时在90和270度情况下,分别出现了次大值和最大值,而0和180度则出现了极小值。其原因与粒子间相互作用时间有关。而在激光频率的依赖上,电子俘获在一些特定频率下明显增强。这是由于引入激光后,在适当的激光频率下,基态和激发态之间有单光子或双光子共振。而激发态的电子更容易被入射质子俘获,从而增加电子俘获的产率。另外,在低激光频率的俘获概率中存在明显的圆二色性,但对于更高的激光频率,这种圆二色性效应减弱或失效,共振增强的电子俘获和电离是造成这些现象的原因。此外结果还表明,电子俘获概率随着质子入射速度的增加对激光相位的依赖关系发生变化,由双峰结构逐渐演变为单峰结构。这是由激光和质子入射速度共同影响了粒子间的相互作用时间而导致如此。通过“刚球模型”,我们找到了在碰撞参数小于4原子单位范围内,特定激光相位情况下,电子俘获概率峰值位置与质子入射速度的规律,预测了其俘获概率峰值的质子入射速度。然后,我们进一步研究了线偏振激光辅助质子与基态氢原子的碰撞过程。结果表明,在其它参数给定时,在不同的碰撞参数下,当激光频率较低时,电子俘获概率对于激光相位依赖明显。而线偏振激光的极化方向与入射质子方向的夹角对于这种依赖关系的影响较为强烈。而对于更高的激光频率,由于电子俘获和激光引起的电离的竞争关系导致电子俘获概率随激光频率增加而单调递增。
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