精密測量院在釷-229離子精密測量上取得重要進(jìn)展

2024-07-08 13:31:54中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院閱讀量：213      我要評論

　　近日，精密測量院原子分子外場理論組和冷分子離子組合作,在釷-229離子精密測量研究方面取得重要進(jìn)展，提出了通過釷-229三價(jià)離子(229Th3+)核外電子躍遷和核躍遷的精密光譜測量，檢驗(yàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)隨時(shí)間變化的研究方案。相關(guān)研究成果在國際物理學(xué)期刊《Physical Review A》上發(fā)表。

　　光鐘作為精密測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，被應(yīng)用于時(shí)間-秒定義、基礎(chǔ)物理檢驗(yàn)等諸多前沿研究領(lǐng)域。探尋新的光鐘體系具有重要意義，近年來多種候選光鐘體系被提出，其中，釷-229原子核由于其存在能量極低(僅約為8.36 eV)且壽命很長的核激發(fā)態(tài)，是極具潛力的核光鐘候選者之一。同時(shí)，Th-229核躍遷的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)敏感因子K在104量級(jí)，比現(xiàn)有最敏感的原子躍遷高3-4個(gè)量級(jí)，是檢驗(yàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)隨時(shí)間變化和探測超輕暗物質(zhì)與光子的耦合強(qiáng)度的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)對象。

　　精密測量院副研究員李承斌與研究員童昕開展合作，采用相對論原子結(jié)構(gòu)理論方法研究了229Th3+核外電子結(jié)構(gòu)與外場響應(yīng)性質(zhì)。研究指出229Th3+核外電子5f5/2-5f7/2躍遷具有較高品質(zhì)因子，運(yùn)動(dòng)與外場引起的頻率不確定度可均控制在10-18水平。因此，可在229Th3+離子中同時(shí)測量核外電子鐘躍遷和原子核鐘躍遷的頻率，并通過比對極大程度上消除系統(tǒng)誤差，實(shí)現(xiàn)在10-21/年靈敏度水平上檢驗(yàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)隨時(shí)間變化。

理論方案示意圖

　　該研究成果以“229Th3+ as an ionic optical clock for ?ne-structure-constant variations”為題在學(xué)術(shù)期刊《Physical Review A》上發(fā)表，部分理論計(jì)算采用的是由原子分子外場理論組自主研發(fā)編寫的DFCP程序包，所有理論計(jì)算均在精密測量院理論計(jì)算集群上完成。博士研究生余師成和甘文婷為共同第一作者，副研究員華夏為共同作者，副研究員李承斌與研究員童昕為共同通訊作者。

　　研究工作得到了國家自然科學(xué)基金以及湖北省自然科學(xué)基金的資助。

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