海德堡马克斯普朗克核物理研究所的物理学家使用一种新的实验方法，研究了氦的共振双光子电离，提高了光谱分辨率和角分辨率。为此，他们将反应显微镜与研究所开发的高分辨率极紫外(EUV)光子光谱仪结合使用。

研究氦的共振双光子电离

测量是在汉堡的自由电子激光器(FLASH)上进行的，这是一种明亮的辐射源，可提供强烈的EUV激光闪光。这允许根据光子能量分析来自每个单独激光闪光的事件，从而产生光谱高分辨率数据集。

氦作为最简单、最容易获得的多电子系统，非常适合基础理论和实验研究。在这里，两个电子的相互电排斥起着至关重要的作用——它占总结合能的三分之一。特别和基本的兴趣是与光子(光的量子)的相互作用。

来自海德堡马克斯普朗克核物理研究所ThomasPfeifer部门的ChristianOtt和RobertMoshammer周围小组的研究人员在汉堡DESY的自由电子激光FLASH中详细研究了氦的共振双光子电离。

在这个非线性过程中，两个电子同时吸收两个极紫外光子并形成双激发态，其中，说明性地，两个电子都在围绕氦核的大轨道上。电子的相关配对舞蹈是不稳定的，它们的相互排斥导致一个离开原子，而另一个回落到氦离子的基态——这一过程称为自电离(见图1)。它发生在光子的总能量恰好对应于离散激发能量时，即，当满足所谓的共振条件时。

为了进行详细测量，研究人员使用了反应显微镜(REMI)，它可以对光电子和氦离子进行运动学上的完整检测。然而，一个根本性的困难仍然需要克服：尽管自由电子激光器提供了足够强的紫外线辐射，但光子的能量具有相当宽的带宽，并且最高强度的能量范围也因激光闪光而异。

然而，正是这一特性现在已被利用：“我们使用光谱仪测量每个单独镜头中光子的能量分布，然后根据具有最高强度(峰值位置)的光子能量对它们进行分类，”解释说第一作者迈克尔·斯特劳布。“与REMI信号同步，我们因此获得了光谱高分辨率数据集，可在整个带宽上进行数字调谐。”(图2)。

用这个技巧解决了共振，并测量了共振中光电子的角分布。与ChrisGreene(普渡大学)小组的理论计算直接比较，有很好的一致性，但仔细检查后也有偏差。一种解释是能量为两倍的单光子的非共振电离贡献很小(图1中的红色曲线)，约占FLASH光子通量的1%。

“这些结果和新开发的实验方法为探索少数光子与少数电子的基本相互作用开辟了一条有希望的途径，”小组负责人ChristianOtt总结了这项工作的范围，该工作现已发表在《物理评论快报》上。