復旦大學馬餘剛院士團隊在鐳射核物理領域獲得重要進展。2022年1月31日，一項飛秒強鐳射核物理領域的研究成果，以「飛秒泵浦時抖動電子與離子庫倫碰撞所產生的同質異能態」（Femtosecond Pumping of Nuclear Isomeric States by the Coulomb Collision of Ions with Quivering Electrons ） 為題，在《物理評論快報》（PHYSICAL REVIEW LETTERS 128, 052501 (2022) ；doi://10.1103/PhysRevLett.128.052501 ）上發表。論文由上海交通大學張傑院士團隊與復旦大學馬餘剛院士團隊合作完成，陳黎明和符長波是論文通訊作者，馮傑為論文的第一作者。
近年來隨著強鐳射技術的發展，強鐳射驅動下與原子核相關的物理過程引起越來越多的重視。原子核同質異能態，即處在亞穩態的核素，由於其核結構理論的研究價值以及潛在的應用價值，一直以來是核物理研究的重要課題。超短的飛秒脈衝強鐳射，由於其能量在時間和空間維度上高度集中，有望形成超高電荷密度的加速以獲得傳統加速器無法比擬的超高的產生率，激發產生同質異能態。這將對核結構、醫學射線成像、原子核時鐘、伽馬鐳射器、天體核合成等領域產生重要推動作用。
在該文中，合作團隊報道了首次從實驗上觀測到了飛秒鐳射驅動產生的同質異能態。團隊利用一臺百太瓦級桌面型鐳射器為驅動源，觀測到了Kr83核素的同質異能態（其能級為42keV，壽命為1.83小時）。其峰值產生效率達2.34E15 p/s，超出傳統加速器所能達到的峰值產生率數個量級。理論分析表明，近固體密度的電子在強鐳射場和團簇等離子體共同作用下會多次往返抖動形成共振，增加電子與原子核的相互作用機會，進而大幅提高了同質異能素的產額。理論分析同時表明，該實驗條件下的同質異能態可能主要來自於庫倫激發機制，但不排除另外一種重要激發機制NEEC的存在。NEEC，即電子俘獲核激發（Nuclear Excitation by Electron Capture），是原子核內轉換（Internal Conversion）的逆過程，實驗上儘管經過數十年的尋找，但仍沒確切被證實。
圖： 強鐳射Kr83同質異能態實驗裝置示意圖（左）和Kr83m退激衰變時間譜（右下）和光子能譜（右下）。
此外馬餘剛團隊近期也受邀發表了綜述文章，其題為「New Opportunities for Nuclear and Atomic Physics in Femto-to-Nanometer Scale with Ultra-Intensity Lasers」【Matter and Radiation at Extremes 7, 024201 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0059405 】。文章綜述了目前存在於原子和原子核尺度之間（也就是奈米和飛米尺度之間）的一些物理困惑，包括: 質子電荷半徑、中子壽命、深度狄拉克態（Deep Dirac Level）等；並探索了利用強鐳射研究此尺度範圍問題的可能途徑，包括NEEC、電子橋（Electron Bridge）等。文章以「編輯推薦」的方式發表，並獲得了AZO Optics的報道推薦（https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=2117）。該文章由符長波、張國強、馬餘剛共同執筆完成。
原文連結：
http://imp.fudan.edu.cn/97/38/c1002a431928/page.htm
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