近期，北京大学物理学院技术物理系、核物理与核技术全国重点实验室杨晓菲课题组将射频四极冷却聚束器中的分子制备方法与共线激光谱学结合，提出并验证了一条可直接适用于放射性束装置的放射性分子谱学研究的新技术路线。相关成果以“Toward collinear laser spectroscopy of radioactive molecules utilizing in-trap-produced molecular ion beam”为题，于2026年9月8日发表于Physical Review Research。
宇宙正反物质不对称的起源至今仍是物理学的未解之谜。根据萨哈罗夫条件，电荷-宇称（CP）对称性破缺是产生这种不对称的必要条件，但粒子物理标准模型所提供的CP破缺机制远不足以解释天文观测事实，暗示着超出标准模型的新物理的存在。对原子或分子体系中永久电偶极矩（EDM）的精密测量，能够检验标准模型CP破缺的有效性，并对新物理理论的参数空间给出严格约束。近年来，含有八极形变重核（例如225Ra，227Ac，229Th等）的放射性分子被视为测量CP破缺电偶极矩（EDM）的理想体系，引起了国际上的广泛关注。
然而，因放射性同位素的产额低、寿命有限，放射性分子的制备及光谱测量在实验上仍极具挑战。目前对短寿命放射性分子光谱的有限认识，主要来源于在线同位素分离型放射性核束装置上采用高温靶源制备放射性分子、再结合共线共振电离谱仪终端开展的在线实验。但靶源的高温条件可能导致大量振转激发态的布居，甚至引起分子解离，为光谱测量带来困难。近年来，基于离线离子阱或低温冷分子束源的分子制备为长寿命放射性分子的研究提供了新途径，但将其推广至放射性核束装置用于短寿命放射性分子谱学研究仍存在技术障碍。
图1. 研究团队发展的放射性分子谱学研究新技术路线
本工作中，研究团队利用北京大学PLASEN（Precision LAser Spectroscopy for Exotic Nuclei）实验平台，通过向射频四极冷却聚束器的缓冲气体中引入微量反应气体，在离子冷却聚束过程中诱导离子-分子反应，高效地制备了BaF+和YbF+等分子离子。在成功制备分子离子的基础上，研究团队进一步通过电荷交换反应中性化获得中性分子束流，开展了共线共振电离谱的测量，分辨了BaF分子光谱的振动和转动结构。所提取的分子结构参数与文献值在误差范围内一致，充分验证了该技术方案的可靠性。该技术路线的实现，不仅为研究团队下一步依托我国放射性核束装置（例如北京放射性核束装置BRIF、强流重离子加速器装置HIAF等）开展放射性分子谱学研究奠定了基础，也为国际相关领域的研究提供了参考。
北京大学物理学院技术物理系博士研究生梅文聪为论文第一作者，北京大学杨晓菲教授为论文通讯作者。合作单位还包括中国科学院近代物理研究所、华南师范大学、美国麻省理工学院。上述工作得到了国家自然科学基金、新基石科学基金会“科学探索奖”、国家重点研发计划以及核物理与核技术全国重点实验室的支持。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/68s7-71qt
