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原子与分子物理,始终是物理领域的重要组成部分。对单个原子分子结构的认识,形成了等离子体物理、凝聚态物理、天体物理等物理学科乃至化学、材料学、生物学等其它领域研究的基础。原子分子的特性主要包含两个方面：能级结构和对应的位置空间或动量空间电子结构。其中后者的实验探索主要是基于散射过程的动力学参数,常以振子强度或者形状因子(跃迁矩阵元)平方来表示,可以直接反映出电子波函数的分布信息。如今原子分子能级结构的测量已经达到了极高的精度(10.16),但动力学参数的测量精度却往往只有百分之几到百分之几十,普遍意义上的高精度测量也存在5%左右的误差,且直至今日对散射过程背后的物理机制仍存在许多不确定性或争议。因此,发展一种全新的散射实验方法,获得较精准的动力学参数实验基准数据,理解各种研究方法的利弊并探究其散射机理,就显得十分重要。目前,研究原子分子振子强度或形状因子平方的主要实验方法有光吸收方法、高能电子散射方法和X射线散射方法。其中,光吸收方法可以测量动量转移接近零时原子分子的光学振子强度。高能电子散射和X射线散射方法既可以用来测量偶极允许跃迁的光学振子强度,也可以用来获得偶极允许和偶极禁戒跃迁的动量转移依赖的动力学参数。光吸收方法和高能电子散射方法很早就用于原子分子动力学参数的测量,获得了大量的实验基准数据。高分辨X射线散射方法则不同,它是最近(2009年)才被本研究组引入原子分子领域的,且作为一种新的方法,一方面可以揭示新的原子分子碰撞机理,另一方面可以交叉检验已有的实验基准,因而有着广阔的应用前景。本论文的主要内容就是在进一步发展高分辨X射线散射技术的基础上,开展原子分子的光学振子强度、弹性和非弹性形状因子平方的系统研究。具体内容为：1、以非弹性X射线散射方法获得了氩原子、氢分子和氮分子价壳层激发形状因子平方的实验基准数据,其中首次从实验上给出了氢分子和氮分子电子振动激发态的形状因子平方。所有这些测量结果与最近的理论计算均符合很好。通过对比X射线散射实验和高能电子散射实验得到的动力学参数,发现对多电子体系而言,在高能电子散射过程中往往存在着明显的分子内散射,一阶玻恩近似很难成立。还有,一般人们认为,高能电子散射实验在不同入射电子能量下所得动力学参数趋于一致,可以作为一阶玻恩近似成立的判据,但我们的实验结果清楚地表明这一判据并不严格成立,高阶玻恩项也显示出和入射电子能量无关的特性；2、首次提出并实现了测量光学振子强度的dipole(γ,γ)方法。光吸收过程中光子把自身所携带的所有能量和全部动量都传递给了原子分子,其特点是能量传递较大(eV量级),而动量转移极小(10-3a.u.)。我们提出利用小角度(2。)X射线散射过程中动量转移极小的特 点模拟光吸收过程,进而可用它测量原子分子的光吸收截面,我们命名它为dipole(γ,γ)方法。本论文利用dipole(γ,γ)方法测量了一氧化碳分子价壳层分立跃迁的光学振子强度,发现该方法得到的光学振子强度精度较高,可作为实验的基准数据；3、以双原子分子的弹性X射线散射实现了微观尺度下的反冲杨氏双缝实验。一方面,双原子分子可以看做是天然的杨氏双缝,光子的弹性散射强度将呈现出强弱相间的干涉条纹。另一方面,分子的质量较轻,可以测量散射过程中单光子对分子双缝的反冲能量。实验发现同核分子与异核分子有相同的干涉现象,并且所测干涉条纹和反冲能量清晰地表明单个光子是被作为一个整体的双缝散射的,充分验证了“产生干涉时,光子一次通过了两个狭缝”这一超出直观想象的量子力学描述。