基于主方程理论研究复杂原子系统X射线波段的吸收及其相干调控

Achievements of attosecond pulse and X-ray free electron laser open the door for exploring interactions of x-ray with matter. The matter density in laser impact on solid target produced plasmas can be much higher than the normal solid state matters. X-ray laser is involved in the ultrafast dynamics of complex open quantum system under extreme conditions, and there are many key and challenging scientific problems. Here, one cannot simply use Schrodinger equation for obtaining the ultrafast coherent dynamics of these systems, due to the complexity of electron-electron correlations and irreversible relaxation processes, which push us to establish a complete model simulating ultrafast dynamics of complex open systems. In this proposal, the formation and population relaxation of such non-equilibrium atomic states are studied based on a master equation approach and the corresponding mechanism will be interpreted, while a pump-probe technique will be utilized for controlling ultrafast relaxations of these open quantum systems. This work provides a useful tool for understanding non-equilibrium relaxations of atom, plasma and dense matter in femtosecond time scale.

阿秒脉冲以及X射线自由电子激光器的使用，开启了强X射线与物质相互作用领域研究的新时代。其中，超强X射线辐照固体材料过程中涉及的稠密等离子密度可以远超过通常的固体密度。这种物质的动力学演化本质上涉及到的是极端条件下的复杂开放量子体系的相干动力学过程，存在着许多关键且具有挑战性的科学问题。在这类特殊的体系中，由于多体问题以及弛豫机制的影响人们很难基于多体薛定谔方程研究体系的含时演化过程，迫切需要建立一个完备的模型对体系的超快、相干动力学过程进行研究。本项目基于含时主方程方法，从微观角度研究X射线诱导的非平衡原子体系的形成过程及其弛豫演化机制，并利用泵浦探测技术相干调控体系的含时演化过程，给出体系的含时光谱并解释相应的物理机制。本项目对于非平衡态原子、非平衡态等离子体、温稠密物质以及飞秒尺度的原子分子动力学等领域有非常重要的意义。

复杂原子的超快动力学过程是当前的科学前沿，存在着许多关键且具有挑战性的科学问题。其中，电子电子关联效应占主导地位。阿秒脉冲以及X射线自由电子激光器的使用使得人们有了研究复杂原子内壳层电子的有力工具，开启了X射线与物质相互作用领域研究的新时代。在这类超强激光诱导的体系中，由于多体问题以及弛豫机制的影响人们很难基于多体薛定谔方程研究体系的含时演化过程，迫切需要建立一个完备的模型对体系的超快动力学过程进行研究。本项目基于含时主方程方法，从微观角度研究X射线诱导的非平衡体系的形成过程及其弛豫演化机制，并利用泵浦探测技术相干调控体系的含时演化过程，探讨相干阿秒驱动与退相干耗散在复杂原子内壳层双电离中的竞争机制，并通过调控价壳层电子的跃迁过程研究了内壳层电子产生激光的机理。本项目对于非平衡态原子、非平衡态等离子体、温稠密物质以及飞秒尺度的原子分子动力学等领域有非常重要的意义。