近日，我院沈百飞研究员与SvenAhrens教授联合课题组在相对论量子物理与强场激光与物质相互作用领域取得相关理论进展，研究成果以“StrongcouplingofvirtualnegativestatesintheKapitza-Diraceffect”为题，在线发表于国际物理学期刊PhysicalReviewA。该工作由我校在校博士生王乾龙担任第一作者，SvenAhrens教授、沈百飞研究员为共同通讯作者，上海师范大学为唯一通讯单位。（论文链接：https://doi.org/10.1103/nlzn-11yf）
卡皮察-狄拉克效应（Kapitza-DiracEffect）是电子被光驻波衍射的基本量子现象，自1933年提出以来，长期以非相对论量子框架开展研究。在高能激光与相对论电子束技术快速发展的背景下，其深层相对论量子结构亟待揭示。本课题组围绕双光子卡皮察-狄拉克效应，结合狄拉克方程数值求解、含时微扰理论、非相对论与相对论经典有质动力分析，系统阐明了虚负能态在电子衍射过程中的核心作用。
研究结果表明：在电子横向动量较小)的典型实验条件下，虚负能中间态对衍射振幅的贡献远大于正能态，优势可达数个数量级(图1，图3)。在量子场论图像中，负能态耦合直接对应虚电子-正电子对激发，这一物理图像与康普顿散射的传统场论描述高度自洽。尤为重要的是，该主导效应在任意弱激光场振幅下依然保持，突破了“弱场下相对论效应可忽略”的常规认知，拓展了卡皮察-狄拉克效应的适用理论边界。
课题组通过多框架（图4）对比验证发现：
相对论量子微扰解与狄拉克方程全数值解高度一致；
相对论经典运动方程解与量子解在横向动量依赖关系上定量匹配；
非相对论理论因缺少相对论因子修正，与相对论结果存在明显偏差。
上述结论证明，负能态耦合并非强场专属效应，而是卡皮察-狄拉克衍射过程内禀的相对论量子属性。团队进一步在弱非微扰区域（）开展验证，发现即便拉比振荡发生形变，正负能态间的耦合依然主导动力学过程(图2)，进一步巩固了结论的普适性。
本工作在电子-光衍射体系中建立了经典有质动力运动与量子电动力学虚对激发之间的直接桥梁，对强场物理、相对论量子力学的基础研究具有重要参考价值。
该研究得到了国家自然科学基金（项目编号：12535015）的资助。