图1：（a）氦的EUV光离子化的能级，（b）计算的激发函数和角分布（插图）：两个光子（蓝色）和一个双能量光子（红色）的吸收。资料来源：《物理评论快报》（2022）。DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.183204

来自海德堡马克斯-普朗克核物理研究所的物理学家们使用一种新的实验方法，以改进的光谱分辨率和角度分辨率研究了氦的共振双光子电离。为此，他们利用反应显微镜与该研究所开发的高分辨率极紫外（EUV）光子光谱仪相结合。

测量是在汉堡的自由电子激光器（FLASH）上进行的，这是一个明亮的辐射源，提供强烈的EUV激光闪烁。这使得来自每个单独的激光闪光的事件可以根据光子能量进行分析，产生光谱上高分辨率的数据集。

氦，作为最简单和最容易获得的多电子系统，非常适合于基础理论和实验研究。在这里，两个电子的相互电斥力起着至关重要的作用--它占了总结合能的三分之一。特别重要的是与光子（光量子）的互动。

来自海德堡马克斯-普朗克核物理研究所托马斯-普费弗部门的克里斯蒂安-奥特和罗伯特-莫萨默小组的研究人员在汉堡DESY的自由电子激光器FLASH上详细研究了氦的谐振双光子电离现象。

在这个非线性过程中，两个电子同时吸收了两个极紫外光子，并形成了一个双激态，其中，说明两个电子都在围绕氦核的大轨道上。电子的相关对舞是不稳定的，它们的相互排斥导致一个离开原子，而另一个则落回氦离子的基态，这一过程被称为自电离（见图1）。当光子的总能量刚好对应于离散的激发能量时，即所谓的共振条件得到满足时，它就会发生。

为了进行详细的测量，研究人员使用了一个反应显微镜（REMI），它允许对光电子和氦离子进行运动学上的完整检测。然而，一个基本的困难仍然需要被克服。尽管自由电子激光器提供了足够强烈的紫外线辐射，但光子的能量有一个相当宽的带宽，而且最高强度的能量范围也因激光闪光灯的不同而不同。

图2. 未分类的光子光谱（上）和按峰值位置分类的光谱（下）。资料来源：《物理评论快报》（2022）。DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.183204

然而，现在正是利用了这一特性。"第一作者Michael Straub解释说："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。"与REMI信号同步，我们因此获得了光谱上的高分辨率数据集，在整个带宽上可进行数字调整"。(图2)。

用这种方法解决了共振，并测量了共振中光电子的角度分布。在与克里斯-格林（普渡大学）小组的理论计算直接比较时，有很好的一致性，但仔细检查后也有偏差。一种解释是两倍能量的单光子的非共振电离的小贡献（图1中的红色曲线），它占FLASH光子通量的大约1%。

"这些结果和新开发的实验方法为探索几个光子与几个电子的基本相互作用开辟了一条有希望的途径，"小组负责人克里斯蒂安-奥特说，他总结了这项工作的范围，现在发表在《物理评论》上。