电子与正电子碰撞电离氮分子的三重微分截面理论探究：M3CWZ模型在内外轨道电离中的比较研究

　　研究人员针对氮分子(N2 )电离过程中电荷效应机制不清的问题，采用M3CWZ模型系统计算了电子/正电子碰撞下内外轨道(2σu ,1πu ,3σg ,2σg )的三重微分截面(TDCS)，发现该模型在700 eV中等能量区间能较好预测大反冲动量下外轨道电离趋势，但对内轨道2σg 反冲区强度模拟存在局限，为等离子体物理提供了关键理论参考。

　　

在原子分子物理研究领域，电离过程一直是揭示微观粒子相互作用机制的重要窗口。氮分子(N₂
)作为地球大气的主要成分，其电离行为对理解大气化学、等离子体物理乃至核聚变技术具有特殊意义。然而长期以来，科学家们面临着一个关键难题：当高能粒子撞击分子时，如何准确描述其电离过程中电子云的动态响应？特别是对于正电子(e⁺
)这种反物质粒子，其与电子(e^-
)的电荷对称性差异会如何影响电离行为，至今仍是未解之谜。

传统理论模型如DWBA(扭曲波玻恩近似)、CCC(收敛紧耦合)等在原子靶标研究中取得显著成功，但面对多中心特性的分子体系时却捉襟见肘。更棘手的是，正电子束流强度通常比电子低数个数量级，导致实验数据极度匮乏。这种"理论难构建、实验难开展"的双重困境，使得氮分子电离的电荷效应研究长期停滞不前。

来自阿尔及利亚的研究团队在《Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena》发表的研究中，创新性地将M3CWZ模型(分子三体库仑波模型)应用于N₂
分子的电离研究。该模型采用全库仑波方案，通过可变电荷描述连续态粒子，并纳入后碰撞相互作用(PCI)效应，成功实现了对电子/正电子碰撞下内外分子轨道电离行为的系统模拟。研究团队选取200-700 eV中等能量区间，针对2σ_u
、1π_u
、3σ_g
等外轨道及2σ_g
内轨道，在非对称几何条件下计算三重微分截面(TDCS)，并与实验数据进行多维度对比验证。

关键技术方法包括：1) M3CWZ理论框架构建，采用单中心分子轨道描述靶标；2) 电子动量谱(EMS)验证分子轨道准确性；3) 变分法处理连续态粒子波函数；4) 动态调整有效电荷模拟PCI效应。所有计算均基于实验测量的运动学条件，涵盖小动量转移至大反冲动量等多种几何配置。

理论方法
研究详细阐述了M3CWZ模型的数学形式化过程。对于电子碰撞，TDCS包含直接项(T_dir
)、交换项(T_exc
)及其干涉项；而正碰撞因无交换效应，仅保留直接项。模型通过引入有效电荷参数Z_eff
来修正连续态粒子的库仑波相位，显著提升了PCI效应的描述精度。

结果与讨论
在外轨道电离方面，M3CWZ在500 eV电子碰撞下成功再现了3σ_g
轨道TDCS的双峰结构，其预测精度超越传统M3DW(分子三体扭曲波)模型。特别在反冲区，当残余离子势起主导作用时，该模型对大动量转移条件下的截面分布展现出独特优势。然而对于2σ_g
内轨道，理论计算始终无法复现实验观测到的强烈反冲峰，研究者认为这可能源于模型未充分考虑深内层电子的关联效应。

在250 eV低能区，模型对3σ_g
轨道的预测呈现适度一致性，但交换效应导致的角分布不对称性被高估。正电子碰撞数据则揭示出显著的电荷符号效应：在相同运动学条件下，正电子TDCS的极小值位置相对电子结果偏移15°-20°，这为验证理论模型提供了独特视角。

总结与展望
该研究首次系统评估了M3CWZ模型在分子体系电离中的应用边界，证实其在中等能量外轨道电离预测中的可靠性，同时揭示了内轨道模拟的技术瓶颈。成果不仅为等离子体建模提供了关键参数，更重要的是建立了正负电子碰撞的对比研究范式，为后续探索反物质-物质相互作用开辟了新途径。研究者建议未来工作应聚焦于：1) 发展更精确的内层电子关联处理方案；2) 开展更高能量分辨率的正电子实验；3) 将模型扩展至更复杂的生物分子体系。

这项研究的意义不仅在于推进了分子电离的基础理论，其建立的M3CWZ框架更为理解聚变等离子体中的分子过程、大气层电离现象等实际问题提供了强有力的计算工具。正如研究者强调的，在电子与正电子这对物质-反物质"双生子"的碰撞比较中，或许隐藏着突破现有量子理论框架的关键密码。