中國(guó)科大觀測(cè)到不同核間距下的分子楊氏干涉效應(yīng)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和物理學(xué)院陳向軍教授研究組zui近利用自主研制的高分辨(e, 2e)譜儀實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)分辨的電子碰撞電離三重微分截面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并獲得了H2分子振動(dòng)分辨的電子動(dòng)量分布。通過(guò)振動(dòng)態(tài)的選擇實(shí)現(xiàn)了分子核間距的選擇，觀測(cè)到了不同核間距下的分子楊氏干涉效應(yīng)。研究結(jié)果發(fā)表在一期的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)是量子力學(xué)發(fā)展的里程碑，這一革命性的概念一直以來(lái)不斷地被各種實(shí)物粒子的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，小到電子，大到有機(jī)大分子。傳統(tǒng)雙縫實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)是海森堡的不確定關(guān)系，為了得到干涉圖像，粒子的動(dòng)量要確定，使得粒子位置的非局域化大于狹縫寬度，從而具有相干性。

使粒子具有相干性的另一種機(jī)制是粒子從空間不同位置出射的相干疊加，同核雙原子分子的電離提供了這種分子尺度“雙縫”干涉實(shí)驗(yàn)的例子，電離電子從兩個(gè)原子相干出射，電子波的疊加導(dǎo)致可觀測(cè)的干涉效應(yīng)。

早在1966年，Cohen和Fano就在光電離中提出了觀測(cè)這種分子楊氏干涉實(shí)驗(yàn)的可能性，但直到2001年和2005年才分別在重離子碰撞電離和光電離的實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，而電子碰撞電離實(shí)驗(yàn)由于受到各種效應(yīng)的影響，一直沒(méi)有得到明確的結(jié)果。2012年，陳向軍教授與日本東北大學(xué)研究組合作，在CF4分子的電子碰撞電離實(shí)驗(yàn)中間接地觀測(cè)到了多中心干涉效應(yīng) (Phys. Rev. Lett. 108, 173201 2012)。zui近，陳向軍教授與研究組的單旭副教授等人一起，利用自主研制的高分辨(e, 2e)譜儀實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)分辨的電子碰撞電離三重微分截面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并獲得了H2分子振動(dòng)分辨的電子動(dòng)量分布。通過(guò)測(cè)量振動(dòng)分辨的截面比避開了動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響，直接觀測(cè)到了分子的楊氏干涉效應(yīng)，而且通過(guò)振動(dòng)態(tài)的選擇實(shí)現(xiàn)了分子核間距的選擇，從而實(shí)現(xiàn)了不同核間距的分子楊氏干涉實(shí)驗(yàn)。審稿人認(rèn)為：“在兩體(e,2e)的實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到H2的楊氏干涉是向前邁進(jìn)的重要一步，會(huì)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生影響。”“這是*次[在(e, 2e)實(shí)驗(yàn)中]清楚地展示了不同核間距下的干涉效應(yīng)。”

上述研究得到了*和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。