基于HIAF的极端条件原子物理:从强库仑场到超越临界电磁场的量子电动力学效应研究

建设中的强流重离子加速器HIAF(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility)大科学装置将为探索从强库仑场到超越临界电磁场的量子电动力学效应研究提供全新的实验研究条件.本文从基于现代原子精密谱学技术出发,结合HIAF装置的结构及其能够提供离子束的特点,总结了在HIAF及其未来升级版装置上能够开展的原子物理方向的前沿研究工作,内容涉及超强场量子电动力学QED(Quantum Electrodynamics)效应检验、高电荷态离子中的宇称破缺、相对论能量离子原子碰撞量子少体问题、利用有质量粒子物质波进行量子力学基本假设检验等基本物理过程研究.讨论了利用原子精密谱学与放射性核素物理结合,开展与现代核物理的交叉研究和激光谱学技术在放射性核素物理和核能领域的应用.探讨了利用最新激光技术——XUV(Extreme Ultraviolet)激光与储存环高电荷态离子结合开展实验研究的可能性.

高电荷态离子非平衡动力学时空演化研究

高电荷态离子及其在等离子体演化中涉及的能量交换和粒子交换过程,在核爆、可控核聚变、超新星爆炸和恒星吸积盘等极端环境中扮演着重要的角色。近年来,重离子加速器、冷却储存环和储存环精密谱学技术的新发展,推动了高电荷态离子物理的实验和理论研究,为研究极端条件下高电荷态离子结构和动力学,获得高精度原子物理参数、探索高电荷态离子在等离子体环境下的非早衡演化理论模型提供了前所未有的条件。依托兰州重离子加速器装置,通过研究高电荷态离子精密谱和碰撞反应过程,在原子层面理解高电荷态离子结构和动力学中的量子多体问题,阐明等离子体中的原子物理基元过程;基于获得的高精度原子谱和动力学参数,研究高电荷态离子与不同状态等离子体的相互作用,探索其非平衡演化的微观机制;为聚变能源等国家重大需求提供关键原子物理参数,深化对非平衡等离子体演化的物理认识。