【摘 要】
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激光冷却是当前物理学领域最重要的实验技术之一,它开启了多个全新的研究方向。早在1978年,正离子的激光冷却就已经被实现了。从那时起的四十多年时间里,物理学家不断刷新着人类的低温极限,也不断观测到全新的物理现象。可是,负离子的激光冷却却从来没有被实现过。究其原因,激光冷却要求一个闭合且快速的电偶极（E1）跃迁循环,但负离子中往往连束缚的激发态都没有,更别提电偶极跃迁了。从上世纪70年代开始,多种实验
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激光冷却是当前物理学领域最重要的实验技术之一,它开启了多个全新的研究方向。早在1978年,正离子的激光冷却就已经被实现了。从那时起的四十多年时间里,物理学家不断刷新着人类的低温极限,也不断观测到全新的物理现象。可是,负离子的激光冷却却从来没有被实现过。究其原因,激光冷却要求一个闭合且快速的电偶极（E1）跃迁循环,但负离子中往往连束缚的激发态都没有,更别提电偶极跃迁了。从上世纪70年代开始,多种实验手段被陆续发明出来用于研究负离子,可是由于这些方法的局限性,我们对于负离子的认识还远远不够。到目前为止,负离子内的电偶极跃迁只在Os-,Ce-和La-内被观测到,而它们都不适合激光冷却。从2016起,我们组将慢电子速度成像方法引入到原子负离子的研究中来,精确测量了大量过渡族元素的电子亲和势并解析了对应负离子的能级结构。此项技术弥补了之前研究方法的诸多不足,将负离子的研究带到了新的高度。我们期望通过对元素周期表拉网式地搜寻,最终寻找到优良的适合激光冷却的负离子。这是我研究的主线,也是本论文的脉络。本工作中,我们将低温离子阱和慢电子速度成像技术结合起来,研究了铪、钛、镓、铀和钍五种元素的负离子,分别测出他们的电子亲和势为:609.29（34）,1436（5）,2429.07（12）,2540.4（7）和4901.35（48）cm-1。特别地,我们结合多种研究手段指出,Th-内4F3/2e?2S1/2o跃迁循环天然闭合,且多项指标表明它非常适合用于负离子的激光冷却。我们创新性地采用双光子共振脱附方法,在实验上确实观察到了这一电偶极跃迁,并测定其能量为4118.0（10）cm-1。我们的这项工作为负离子的激光冷却铺平了道路,有望推动超冷化学、基础物理等多个领域的发展。本论文还包含了我们在负离子化学反应中的新发现:我们注意到Pd-与氢气反应时,Pd-基态的反应速率快于激发态。这一反常现象是第一次在负离子体系上被观察到。我们不仅推测了反应产物,还测定了反应速率,最后使用理论计算做了初步解释。
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