自1996年利用X射线望远镜报道第一张彗星的X射线图像以来，研究高带电离子与原子或分子碰撞中电荷交换已成为一个热门研究课题。

天体物理学家需要更多的原子数据来模拟观测到的 X 射线光谱。传统上，电荷交换被认为遵循有关总自旋量子数的统计规则。这些纯自旋统计假设对各个领域都具有根本重要性。

然而， 10 月 22 日发表在《物理评论快报》上的一项新研究挑战了这些假设，它提供了离子-原子电荷交换碰撞中自旋统计失效的直接证据。这项研究由中国科学院 (CAS) 现代物理研究所 (IMP) 的科学家领导。

实验在兰州重离子研究中心低能装置上进行，采用高分辨率反应显微镜，具有精度高、灵敏度高、探测效率高等特点。实验以中性氦为靶，与C 3+ 离子进行碰撞。

“C 3+离子是本研究的一个很好的候选者，因为它没有长寿命的激发态，并且在碰撞区域始终处于基态。利用反应显微镜，我们可以很容易地确定电子在碰撞时原子的状态，克服了以前实验中遇到的困难。因此，准确分析潜在机制相对容易。”这项研究的第一作者、IMP的朱小龙教授说。

通过实验和理论方法，科学家直接测量了自旋分辨截面比，作为自旋统计的探测，证明了自旋统计假设在传统上被认为是有效的高撞击能量下被打破。

“这一新发现提出了一些有趣的问题，既有助于理解如此快速碰撞过程中的电子动力学，也有助于探索原子和分子反应性的量子操控。”该研究的通讯作者之一、IMP 的马新文教授说。