Interdisciplinary research in nuclear physics and atomic and molecular physics based on high-precision collinear laser spectroscopy

原子核外电子的能级结构反映了原子核与核外电子之间的电磁相互作用, 其光谱特征同时蕴含了原子核特性与原子分子体系的结构信息. 通过精密激光核谱技术对超精细结构和同位素移位的高精度测量, 能够核模型无关地提取原子核的自旋、磁矩、电四极矩和电荷半径等多个核结构参数, 为研究不稳定原子核的晕结构、反转岛、壳演化、形状共存等奇特结构和检验核理论模型提供关键实验数据. 同时, 激光核谱技术与放射性核束装置的深度结合也显著推动了原子分子物理领域的多项前沿研究, 包括量子电动力学理论的实验验证、原子分子结构计算的准确性评估, 以及基本对称性前沿领域的深入探索等. 近年来, 随着放射性核束装置的不断发展, 日益扩张的核素版图中越来越多不稳定原子核可以被实验探测, 但这些不稳定核素寿命短、产额低、伴随产生的稳定和长寿命同量异位素杂质高, 对激光核谱技术的实验探测提出了更高要求. 其中, 共线激光谱凭借其高分辨的光谱测量能力, 在核素版图各质量区不稳定核的奇特结构以及相关原子分子物理研究中发挥了不可替代的作用, 并已在国际上的放射性核束装置中被广泛应用和部署. 本文将系统阐述基于荧光探测的共线激光谱技术与基于离子探测的共线共振电离激光谱技术的测量原理与方法特点, 并重点探讨这两类技术在原子核物理, 以及原子分子物理交叉研究中的创新应用与最新进展.