氦原子雙光子雙電離的虛序列圖像

氦原子中存在一個原子核和兩個電子，是一個典型的微觀三體系統。氦原子在遠紫外光（XUV）作用下發生的雙光子雙電離過程，在當前的理論和實驗研究中都還是一個難題，是近十多年來的一個研究熱點。近期，beat365 “極端光學研究創新團隊”的彭良友副教授和龔旗煌院士等在氦原子雙光子雙電離總截面的理論研究中取得重要進展，研究成果發表在《物理評論快報》【Phys. Rev. Lett. 115, 153002 (2015)】。博士生姜維超為文章第一作者，已赴奧地利維也納技術大學從事博士後研究。

對于雙電離總截面這一表征氦原子雙光子雙電離過程的基本物理量，目前實驗測量的結果因多種原因還存在較大的誤差。近年來，人們發展了很多複雜的數值方法用于氦原子雙光子雙電離總截面的預測。不同理論之間尚有較大争議，争論的焦點在于末态電子關聯在總截面的計算中是否具有不可或缺的重要作用。 極端光學創新團隊成員基于二階含時微擾論、通過弱化電子關聯作用來構建物理模型，給出了計算氦原子雙光子雙電離的解析表達式。模型結果與精确數值求解含時薛定谔方程(TDSE)的結果完美相符（見下圖）。

這一理論成果具有多方面的意義。首先，與之前一些理論的預期不同，計算結果表明電子關聯在氦原子雙光子雙電離總截面的計算中并不非常重要；其次，模型揭示了“非序列雙光子雙電離”與“序列雙光子雙電離”的内在聯系，将非序列雙光子雙電離解析為“虛序列圖像”。虛序列圖像可以很好的解釋精确TDSE數值計算中發現的很多特征，比如在接近序列電離（光子能量為54.4eV）的區域，總截面會急劇上升，兩個電子也傾向于以極端不等能的方式出射；第三，模型對基于微擾論計算氦原子雙光子雙電離的理論方法具有推動作用，這項研究成果表明了作為中間态的單電離連續态對雙光子雙電離過程具有決定性影響。

這項研究工作得到了國家自然科學基金委的面上項目和優秀青年基金項目，教育部新世紀優秀人才支持計劃，科技部的973計劃，人工微結構和介觀物理國家重點實驗室，以及2011協同創新中心的資助。