德国首次捕获光速30%氩原子核并实现电子冷却

8月3日，德国重离子研究所(GSI)研究人员利用HITRAP高电荷离子阱装置，首次成功减速并捕获完全电离的氩离子(^36Ar^18+)。这类离子已失去全部电子层，可视为“裸核”，其初始运动速度约为光速的30%。相关研究成果已发表在《物理评论X》期刊上。

减慢离子速度的射频谐振器的内部

高电荷态离子通常需要通过粒子加速器产生，并在强电场、高能量条件下形成。由于这些离子产生后速度极高，若要开展精密物理测量，必须先将其停止、捕获并冷却。研究团队表示，此次实验首次实现了从产生高电荷态离子到将其存储在特殊陷阱中至少11秒的全过程。

此次实验使用的彭宁阱通过磁场和电场共同约束粒子。均匀磁场使离子沿径向作螺旋运动，从而限制其在两个方向上的运动;静电场则在第三个方向上束缚离子，防止其沿磁力线逃逸。为了进入该陷阱，氩离子的动能需要降低约10000倍。

在完成捕获后，离子能量仍然较高，难以满足精确研究要求。研究人员随后采用电子冷却方法，将能量与阱内氩离子相匹配的电子束引入彭宁阱。电子在与离子相互作用过程中带走部分能量，使离子进一步冷却，并延长其在陷阱中的存留时间。

研究人员称，这是首次在彭宁阱中报道利用电子冷却技术处理高电荷态离子。该成果有望为重离子和高电荷态离子的高精度测量提供新的实验条件，并推动相关核物理研究进一步开展。