钍（Th）作为钍基熔盐堆（TMSR）系统中重要的燃料元素，围绕其基本的物理化学性质、电子结构形态以及成键能力等开展的基础研究具有重要意义。近日，中国科学院上海应用物理研究所研究人员与合作者在研究钍负离子(Th-)的电子结构时发现Th-是目前最有希望实现激光冷却的候选负离子。相关工作以"Candidate for Laser Cooling of a Negative Ion: High-Resolution Photoelectron Imaging of Th-"为题发表在11月12日的PHYSICAL REVIEW LETTERS上，被编辑选为“Editors' Suggestion”文章，且在线配发了简报。　　

       该工作通过高分辨慢电子速度成像技术对Th-进行实验研究，发现Th的电子亲和势为0.607690(60) eV，远高于前人的理论预言值，并观测到了两个激发态(图1)。这个发现使得Th-有可能存在符合激光冷却所要求的能级结构。在实验基础上进行了Th-高精度的理论计算，确定了Th-的能级结构和电偶极跃迁(图2)，其中基态4Fe3/2与激发态2So1/2间的跃迁循环被认为非常适合用于激光冷却。该工作为实现负离子的激光冷却奠定了基础。一旦实现了某一种负离子的激光冷却，便可以使用协同冷却技术冷却其他负离子甚至反质子，这在基础物理、原子分子、超冷化学等领域都有重要作用。特别是协同冷却反质子，是目前制备超冷反氢原子的一个重要实验方案。实验上获得超冷反氢原子是精密检验正反物质的对称性以及研究反物质的引力问题的重要前提。

　　清华大学物理系博士生唐如麟与瑞典隆德大学/复旦大学的司然博士为文章的共同第一作者。上海应物所的刘洪涛研究员、清华大学的宁传刚教授和复旦大学的陈重阳教授为共同通讯作者。此外，上海应物所费泽杰副研究员、清华大学物理系博士生付筱茜和陆禹竹参与了部分实验工作，瑞典隆德大学与复旦大学双聘教授T. Brage参与了部分理论计算工作。

　　该研究得到了中科院战略性先导专项“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”、中科院百人计划、国家自然科学基金、精密测量重大研究计划、国家重点研发计划等经费的支持。（熔盐化学与工程技术部  供稿）

　　文章链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.123.203002

　　简报链接：https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.123.203002

　　图1.Th-的光电子能谱。插图为光电子速度成像，箭头表示激光偏振方向

图2. 理论计算给出的Th-的能级图。箭头指示的是电偶跃迁，其中红色箭头为适用于激光冷却的跃迁循环