原子-离子碰撞中交换冷却的直接观测

与冷粒子的碰撞可以耗散热粒子的能量，因此可用作冷却机制。动力学告诉我们，对于一个粒子被冷却数个数量级，通常需要许多次弹性碰撞，因为每一次碰撞只带走碰撞能量的一部分。最近，对于由热离子和冷原子组成的系统，提出了一种快得多的冷却过程，其中数个数量级的冷却可在单步中发生。即，在同核原子-离子碰撞中，一个电子可从超冷原子共振跃迁到热离子上，将冷原子转化为冷离子。在此，我们以直接方式演示了此种交换冷却，因为我们实验观测到单个高能离子如何在冷原子云中损失能量。为了将交换冷却与标准 sympathetic 冷却对比，我们用异核原子-离子系统进行了相同测量，对于后者交换冷却不能发生，且确实观测到非常不同的冷却动力学。第一性原理数值模型计算与我们的测量数据吻合良好，并证实了我们的解释。我们预期交换冷却在任何同核原子-离子碰撞中都会相当普遍地发生。因此它应是混合原子-离子气体与等离子体中无处不在的过程。此外，它为快速冷却应用提供了有趣的前景。