图 强激光诱发高阶非线性光-核相互作用、激发原子核以及辐射高次谐波示意图

在国家自然科学基金项目(批准号：U2330401、12088101)资助下，中国工程物理研究院研究生院王旭研究员团队找到一种利用强激光强力、高效地影响原子核的方法，研究成果以“高度非线性光-核相互作用(Highly nonlinear light-nucleus interaction)”为题，于2024年10月11日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)并被选为编辑推荐文章(Editors’ Suggestion)。

由于原子核极小的跃迁矩，光-核相互作用的强度被限制在线性微扰区，始终达不到诱发高阶非线性响应的阈值。针对这一困难，研究团队创新性地结合超精细混合效应对于光-核耦合强度的提升以及红外强激光可以达到的极高强度，在钍-229原子核中突破了诱发高阶非线性响应的阈值。高阶非线性光-核相互作用的触发导致非常高效的原子核激发：单个原子核在单个飞秒激光脉冲时间内的激发概率即可达到10%以上，大幅提升了原子核激发效率。同时，被强激光驱动的原子核也会向外辐射高次谐波，产生基于原子核的超短阿秒光脉冲。相关物理过程如上图所示。

该研究是强激光物理与原子核物理的深度交叉融合，为利用激光高效激发和调控原子核开辟了全新路径，在诸如原子核光钟、原子核储能、原子核激光、核废料处理、医学同位素等领域有重要的应用价值。