H2分子杨氏干涉实验的概念图

 

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室、物理学院近代物理系陈向军教授研究组最近利用自主研制的高分辨(e, 2e)谱仪首次实现了振动分辨的电子碰撞电离三重微分截面的实验测量，并获得了H2分子振动分辨的电子动量分布。通过振动态的选择实现了分子核间距的选择，观测到了不同核间距下的分子杨氏干涉效应。研究结果发表在最新一期的物理评论快报上 (Phys. Rev. Lett. 112, 023204 (2014))。

 

对波粒二象性的认识是量子力学发展的里程碑，这一革命性的概念一直以来不断地被各种实物粒子的杨氏双缝干涉实验所证实，小到电子，大到有机大分子。传统双缝实验的基础是海森堡的不确定关系，为了得到干涉图像，粒子的动量要精确确定，使得粒子位置的非局域化大于狭缝宽度，从而具有相干性。

 

使粒子具有相干性的另一种机制是粒子从空间不同位置出射的相干叠加，同核双原子分子的电离提供了这种分子尺度“双缝”干涉实验的例子(如图所示)，电离电子从两个原子相干出射，电子波的叠加导致可观测的干涉效应。

 

早在1966年，Cohen和Fano就在光电离中提出了观测这种分子杨氏干涉实验的可能性，但直到2001年和2005年才分别在重离子碰撞电离和光电离的实验中得到证实，而电子碰撞电离实验由于受到各种效应的影响，一直没有得到明确的结果。2012年，陈向军教授与日本东北大学研究组合作，在CF4分子的电子碰撞电离实验中间接地观测到了多中心干涉效应 (Phys. Rev. Lett. 108, 173201 (2012))。最近，陈向军教授与研究组的单旭副教授等人一起，利用自主研制的高分辨(e, 2e)谱仪首次实现了振动分辨的电子碰撞电离三重微分截面的实验测量，并获得了H2分子振动分辨的电子动量分布。通过测量振动分辨的截面比避开了动力学效应的影响，直接观测到了分子的杨氏干涉效应，而且通过振动态的选择实现了分子核间距的选择，从而实现了不同核间距的分子杨氏干涉实验。研究结果发表在最新一期的物理评论快报上，审稿人认为：“在两体(e,2e)的实验中观测到H2的杨氏干涉是向前迈进的重要一步，会对相关领域的进一步发展产生影响，”“这是第一次(在(e, 2e)实验中)清楚地展示了不同核间距下的干涉效应。”

 

该研究得到了科技部和国家自然科学基金委的资助。 （来源：中国科学技术大学）