研究人员探索光对氢分子中里德堡态产生的量子效应

里德堡原子和分子的特征是具有一个或多个处于高度激发束缚态的电子。这种原子和分子被称为处于“里德堡态”，也被称为“空心”原子和分子。里德堡态可用于研究强光-物质相互作用中出现的各种现象，这些现象涉及通过“多光子共振激发”和“受抑隧道电离”等光学过程用强激光脉冲进行电子激发。

在多光子共振激发中，原子或分子通过吸收多个光子(电磁辐射单位)被激发到里德堡态。相比之下，受抑隧道电离引起的里德堡态是由电子和激光的强电场之间的相互作用产生的。因此，激光光子和激光场共同促成了里德堡态激发(RSE)过程。然而，到目前为止，尚未通过实验确定这两种效应的个体贡献程度。

现在，在AdvancedPhotonics上发表的一项研究中，由华东师范大学吴健教授领导的研究小组开发了一种实验方法来隔离RSE中每种机制的影响。

他们的方法涉及通过使用双圆双色(BCTC)激光场控制光子效应和场效应来将氢分子激发到里德堡态，这是一种通过组合两个不同频率的圆偏振激光束产生的激光场。使用两束激光束使研究人员能够调整用于激发氢原子的光子的能量。

此外，通过改变BCTC场的螺旋度，他们能够打开和关闭电子重新捕获过程，从而操纵场效应。因此，他们能够生成里德堡态，同时改变每种效应对过程的贡献程度。然后，研究人员通过比较不同偏振和光子计数的里德堡态产量，确定了场激发和光子吸收过程对RSE的贡献程度。

“通过微调两种颜色的相对场强，我们可以控制激光场的波形和参与RSE过程的光子数量，进而控制场和光子效应的相对贡献，”Hongcheng解释说Ni，该工作的共同通讯作者。

在他们的实验装置中，BCTC激光场是使用基波(FW)激光脉冲和具有两倍基频的二次谐波(SH)脉冲的组合产生的。使用二色镜组合这些脉冲以产生反向或同向旋转的双色激光场。然后将这些脉冲聚焦在反应显微镜内的超音速氢气射流上，以产生氢分子的里德堡态。

研究人员发现，增加SH场的相对强度(光子的能量是FW场的两倍)导致里德堡态的产量总体增加，表明光子效应的重要作用。此外，将BCTC场的极化从同向旋转切换为反向旋转也导致里德伯态产率增加。研究人员将这一观察结果归因于同向旋转场的场效应抑制。

该实验研究为强激光场中的RSE提供了重要见解，对包括量子物理学、化学和天体物理学在内的广泛领域具有潜在影响。“里德堡原子和分子有潜力成为与量子信息、量子非线性光学、远程多体相互作用和精密测量相关的先进技术的基石。在这方面，我们的研究可以提供一条有前途的途径来操纵并在强激光场激发下优化RSE产率，”该工作的第一作者和共同通讯作者张文斌说。