图4 铀负离子(U-)的光电子能谱 (a)光子能量为11590 cm-1时的能谱和光电子像。左上小图是光电子计数率，旁边的双向箭头指示激光偏振方向；(b)多个光子能量下的高分辨拼接能谱图。由于UH-信号比U-强很多，质量m=238的信号中含有部分来自UH-的漏信号，而m=239的信号中只有UH-的贡献。谱下方的短竖线代表中性U原子的能级；(c)囚禁时间为3 ms(绿色线)和45 ms(蓝色线)的能谱比较，中间小图是峰a和峰b的局部放大图。各峰的标识(图中用英文字母标记各峰)与含义见文献[17]
至此，元素周期表中大多数非放射性元素的电子亲和势都被很好地测定了。对于电子亲和势很低的元素，很难制备足够强的负离子束进行谱学测量，因此物理学家们利用加速器质谱仪方法对这些元素电子的亲和势进行了粗略估计，如EA(Ho)<0.005 meV[19]。另外，一些元素的电子亲和势目前还没有实验测量值，但有理论计算的预测值。例如，由于相对论效应的影响，理论预测超重惰性元素Og(Z=118)可以形成负离子，其电子亲和势为0.056 meV[20]。为了读者查阅方便，图5以元素周期表的形式总结了这些结果。
图5 元素周期表中的电子亲和势，每个元素下方的数值是电子亲和势与第一电离势。图中方括号[ ]中的数值是理论预测值，标识“<0”表示没有稳定的负离子。为了简洁，图中对有效数字进行了截断，精确的结果见文献[14]
3 激光冷却负离子
激光冷却是发展成熟的获取冷原子的实验技术，其开拓了许多激动人心的新研究领域，如玻色—爱因斯坦凝聚体、精密测量等。早在1978年，Ba 和Mg 离子首先被冷却下来。接着在1985年，中性的Na原子也被降到了240 μK的温度。之后四十多年过去了，负离子的激光冷却仍然没有被实现。原则上，一旦实现了某种负离子的激光冷却，我们便可以使用协同冷却技术冷却其他负离子，甚至反质子。
负离子的激光冷却一直没有实现的原因在于缺少合适的负离子体系。激光冷却要求体系存在一个合适的激发态，在激光的照射下，在基态与激发态之间闭合跃迁循环快速发生。由于负离子是一个弱束缚体系，额外的电子处于一个很浅的势场中，所以大部分负离子只有一个束缚态，不存在激发态。少部分重元素负离子拥有激发态，但激发态与基态宇称相同，无法发生快速的电偶极跃迁。经过对原子负离子的多年研究，目前，人们只在Os−，Ce−和La−，Th−内部观察到了电偶极跃迁[21—23]。其中Os−对应的跃迁是自旋禁阻的，过去研究认为其辐射寿命为3(1) ms，由于太慢不适合进行激光冷却。不过，我们最近的测量表明，这个辐射寿命为201(10) μs的激发态，是一个潜在的候选者[21]。Ce−因暗态太多不适合用于激光冷却。La−曾经被认为是最有希望实现负离子激光冷却的体系。不过，要实现La−的激光冷却，目前还存在两个技术障碍：(1)La负离子的激光冷却跃迁循环存在暗态，在激光冷却跃迁
循环过程中会导致部分La−布居在长寿命的亚稳态上，从而导致激光冷却循环终止；(2)139La的核自旋为7/2，其超精细结构很复杂。部分超精细能级的激光冷却循环涉及到暗态，这使得抽运暗态的回泵激光系统非常复杂[22]。由于具有电偶极跃迁的原子负离子非常稀有，有研究者也建议激光冷却分子负离子，如
，但由于分子有振动和转动自由度，要形成闭合的激光冷却循环，激光冷却需要非常复杂的回泵激光系统[24]。太多的激光束还带来光脱附损失问题。目前在技术上用激光冷却分子负离子仍然是一个很大的挑战。
2019年，我们发现Th−具有宇称相反的束缚态，存在电偶极跃迁，因此Th−是比La−更适合实现负离子激光冷却的体系[21—23]。我们使用慢电子速度成像方法准确测定了Th−的能级结构，与高精度的理论计算相结合，表明Th−基态
