超快强光场驱动原子分子过程中的多体关联效应研究

Many-body interaction and electron-electron correlation is one of the fundamental problems in physics. The interaction of atoms and molecules with ultrafast intense laser field provides a measure to study the electron correlation and the complex many-body dynamics. This project investigates the many-body dynamics of atoms and molecules in intense laser field by combing the ultrafast intense laser and the charged particle measurement technology. We experimentally measure the total yield and the differential momentum of the fragmented particles such as electron and ion and analyze their dependence on the laser parameters and the atomic and molecular structures. In the theoretical aspect, we will develop S-matrix theory, semiclassical model and numerical simulation method which take into account the many-body interaction. By comparing the experimental results with the theoretical models, the study aims to uncover the role of electron correlation, electron-nuclear correlation in strong field atomic and molecular processes on ultrafast femtosecond and even attosecond time scale.

多体相互作用及电子关联运动一直是物理学研究密切关注的基础问题之一，超快强激光与原子分子的相互作用研究为深入理解电子关联及复杂多体运动提供了重要工具。本项目将结合超快强激光技术和荷电粒子测量方法，研究强光场驱动原子分子过程中的电子关联和多体动力学。通过实验测量原子分子电离、分子解离等碎解过程引起的碎片粒子（如电子和离子）的产量及微分动量分布，系统考察它们随激光场参数及原子分子体系的变化规律。在理论上发展考虑多体相互作用的量子S矩阵理论模型、半经典模型和数值模拟方法，与实验紧密结合，深入揭示电子关联、电子-核关联及外部激光场条件等对强场原子分子过程的影响，在飞秒乃至阿秒时间尺度上揭示原子分子多体关联动力学。

多体相互作用及电子关联运动一直是物理学研究密切关注的基础问题之一，超快强激光与原子分子的相互作用研究为深入理解电子关联及复杂多体运动提供了重要工具。本项目针对“多体相互作用与电子关联”基本物理问题，建设并发展了超快强光场与原子分子相互作用过程中电子关联和多体动力学研究的先进实验平台，建成了离子-电子动量关联谱仪，实现了超快强光场驱动的原子分子多体碎解过程中的离子与电子动量的符合测量；获得了脉冲宽度小于5fs，载波包络相位稳定的少周期飞秒激光脉冲；发展了量子力学散射矩阵、量子轨道蒙特-卡洛和数值求解含时薛定谔方程等理论方法。在此基础上，围绕强飞秒激光场驱动原子分子的单电离、双电离以及分子解离等过程开展了系统的实验与理论研究，揭示了库仑场、电子关联、电子激发态干涉等效应对强场原子过程的重要影响，阐明了分子初态结构对分子超快电离过程的重要作用，提出了激光诱导电子非弹性衍射成像新方法等。在本项目资助下，项目组成员共发表论文57篇，其中Phys. Rev. Lett. 7篇，Phys. Rev. A 21篇，J. Phys. B 6篇，Opt. Express 5篇，Sci. Rep. 2篇。项目执行期间，项目组成员中1人获国家杰出青年科学基金支持，1人入选国家“万人计划”科技创新领军人才，1人入选“湖北省青年英才开发计划”，培养博士后1名，博士研究生3名，硕士研究生2名。