我国高电荷态离子光谱测量精度技术新突破

近日，中国科学院近代物理研究所与复旦大学合作团队，依托自主搭建的高温超导电子束离子阱（EBIT）实验平台及高分辨率极紫外（EUV）光谱仪，在高电荷态离子精密光谱研究中斩获两项重要成果。不仅首次捕获到类硼氯离子的超精细分裂信号，更在极紫外波段实现了迄今精度最高的光谱测量，为核结构研究与量子电动力学（QED）效应验证提供了关键实验依据，相关成果已分别发表于《Physical Review A》和《Spectrochimica Acta Part B: Atomic spectroscopy》两大权威期刊。

高电荷态离子作为物质在极端高温、高能量环境下的特殊存在形态，其能级结构蕴含着原子核与基本相互作用的核心信息，是天体物理、核物理等领域的重要研究载体。但这类离子制备条件苛刻，且多电子体系能级结构复杂，对测量设备的离子约束能力、光谱分辨率提出了极高要求，长期以来成为精密测量领域的技术瓶颈。

此次研究的突破，首功当归于高温超导EBIT实验平台的稳定支撑。作为产生和约束高电荷态离子的核心装置，该平台通过高速电子束轰击靶原子，在超高真空环境中借助磁场与电场的双重约束，使离子被精准局限于阱区中心，为后续测量创造了稳定条件。团队依托这一平台，首次清晰观测到类硼氯离子（Cl¹²⁺）中²P₁/₂和²P₃/₂能级的超精细分裂结构，再通过高分辨谱线拟合与第一性原理计算，成功提取出其原子核的磁偶极和电四极超精细结构常数，为中等原子序数高电荷态离子的理论研究提供了可靠的实验基准。

在极紫外光谱测量领域，团队自主研制的高分辨率EUV光谱仪展现出强劲性能。针对类铍硫离子（S¹²⁺）和类铍氯离子（Cl¹³⁺）的电偶极跃迁测量，该仪器凭借优异的波段适配性与信号捕捉能力，获取了该波段迄今精度最高的实验数据。将数据与包含高阶QED效应的理论计算结果比对后，二者在误差范围内高度吻合，成功完成对二阶QED效应的有效验证，为少电子高电荷态离子光谱研究筑牢了技术根基。

科研与仪器研制形成了良性迭代。在两项实验的推动下，团队成功研发出新一代高温超导电子束离子阱装置——SL-EBIT。相较于前代设备，SL-EBIT在电子束能量范围、离子产生效率及离子引出能力上均实现显著提升，未来将为更高精度的高电荷态离子光谱研究及交叉学科实验提供更强大的硬件支撑。

此次成果的核心价值不仅在于基础理论的突破，更彰显了我国在高电荷态离子研究核心仪器领域的自主创新能力。从EBIT平台到高分辨率EUV光谱仪的自主研发与优化，打破了国外高端仪器对该领域研究的垄断，为我国在极端物理条件下的基础研究提供了坚实的硬件保障。