水分子价壳层激发动力学参数的快电子碰撞谱学研究

The dynamic parameters of molecules consisting of few atoms, especially the ones of their excited states, have been the basic contents and hot spots of atomic and molecular physics. It can reveal the distribution information of wave functions of the ground states and excited states of atoms and molecules in momentum space, and also can deepen or even update the understanding of physical concepts for us, and promote the development of new theoretical models and calculation methods. H2O is the third most abundant molecule in the universe, in many processes happen in the earth's atmosphere, interstellar space as well as the water-contained biological cells, electron collisions with molecular H2O play an important role. But, so far, the absolute differential scattering cross sections and the generalized oscillator strengths of H2O by high-energy electron impact excitation unexpectedly are blank. The absolute differential scattering cross sections and the generalized oscillator strengths of four excited states (3B1, 1B1, 3A1 and 1A1) in H2O will be measured by high-energy electron scattering technology in this project, which would uncover the excitation mechanism and dynamic dependence of valence-shell excitation states in H2O.

少原子分子的动力学参数，尤其是其激发态的动力学参数，一直以来是原子分子物理研究的基本内容和热点之一。它可以揭示原子分子基态和激发态波函数在动量空间中的分布信息，同时能够加深甚至更新人们对有关物理概念的理解，并促进新的理论模型和计算方法的发展。H2O分子在宇宙中的含量位列第三，在许多发生于地球大气、星际空间以及含水生物细胞的过程中，电子与H2O分子的碰撞过程发挥着重要的作用。但是，到目前为止，还没有H2O分子高能电子碰撞激发的绝对微分散射截面和广义振子强度等动力学参数数据。本项目拟采用高能电子散射技术，在高入射电子能量2500 eV和高能量分辨60 meV的条件下测量H2O分子4个激发态（3B1, 1B1, 3A1和1A1）的绝对微分散射截面和广义振子强度，进而研究其价壳层激发态的激发机制和动力学行为。

水分子是宇宙中仅次于H2和CO的第三丰富的分子，电子与水之间的相互作用在我们的宇宙中和对生物、生命都是极其重要的。比如电子在水含生物质中的传输会造成DNA单双链断裂，精确的电子-水作用截面对电子在生物质中传输建模是至关重要的。本项目在国际上首次采用高能电子散射技术，在高入射电子能量1500 eV和高能量分辨70 meV的条件下利用相对流量技术测量了H2O若干激发态（1B1, 1A1等）的绝对微分散射截面（DCS）、广义振子强度（GOS）和积分截面（ICS）数据，进而研究了其价壳层激发态的激发机制和动力学行为。本项目高能实验测量获得1B1, 1A1的GOS与前人中能电子散射实验和理论计算结果之间存在较大的差异。大动量转移区间的GOS行为通过考虑二阶波恩项贡献的理论计算结果归因于一阶波恩近似不成立造成的。ICS的巨大差异不仅存在于目前测量的结果与前人的实验和理论结果之间，而且前人的实验和理论结果之间相互不吻合。我们的测量结果首次在大动量转移下实验检验了理论预测，并且建议现有的GOS和ICS结果需要修订。

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