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                精密測量院等實現“隱形”原子幻零波長精密計算

                發布時間:2022/4/22 10:23:15編輯:Ma Liang
                已有1243人關注

                  近日,中國科學院精密測量科學與技術創新研究院原子分子外場理論組研究員唐麗艷、副研究員張永慧等,與澳大利亞國立大學、加拿大溫莎大學合作,實現了氦原子413 nm幻零波長的精確計算和精密測量,開辟了“隱形”原子幻零波長精密測量檢驗量子電動力學(QED)理論的新途徑。相關研究成果以Measurement of a helium tune-out frequency: an independent test of quantum electrodynamics為題,發表在《科學》(Science)上。
                  QED是描述粒子間電磁相互作用的基本物理理論,是支撐現代物理學發展的基石。對QED理論的嚴格檢驗有助于確定基本物理常數、探究原子核相關性質,以及探索超越標準模型以外的新物理,因此自QED理論提出的近80年以來,人們對QED理論的檢驗從未間斷。迄今為止,QED理論檢驗的方法有電子反常磁矩的精確確定,少電子原子分子精密譜研究。
                  不同于傳統的檢驗QED理論的能譜測量方法,該研究采用“隱形”原子的幻零波長對QED進行檢驗;昧悴ㄩL指的是當激光波長調制到特定的頻率時,原子單個能態的斯塔克頻移為零,原子在激光場中就像隱形了一般。該合作團隊通過改變磁阱中氦原子玻色愛因斯坦凝聚體的空間振蕩頻率來測量光學偶極勢的新方法,同時結合高精度原子結構理論計算,實現了在三百萬分之一水平上對QED理論的新檢驗。澳大利亞國立大學K. Baldwin實驗小組完成了幻零波長實驗測量工作,唐麗艷、張永慧及加拿大溫莎大學教授G. W. F. Drake負責理論計算工作。
                  2013年,澳大利亞查爾斯達爾文大學教授J. Mitroy和唐麗艷首次從理論上提出“利用幻零波長檢驗原子QED理論”的新方案【Phys. Rev. A 88, 052515 (2013)】。2015年,K. Baldwin實驗小組與理論小組合作實現了氦原子幻零波長5 ppm (~10-6)精度下的實驗測量【Phys. Rev. Lett. 115, 043004 (2015)】。當時的實驗測量與理論預言之間存在134 ppm的差異。為了闡釋這一差異,理論團隊自主發展了系列高精度的原子結構計算方法,實現了精度為0.1 ppm水平的理論預言【Phys. Rev. A 99, 040502(R) (2019)】,對新一輪的國際合作起到積極的推進作用。
                  自2019年,科學家們持續合作,利用迄今最靈敏的測量光偶極勢的方法識別出只有10-35 J的峰值勢能,實現了“隱形”氦原子幻零波長精度高達0.35 ppm的實驗測定,測量精度較2015年的實驗測量提高20倍。理論上精確計算了延遲效應和磁化率對幻零波長的修正,精度達10 ppb(~10-9)水平。實驗測量與理論計算相比較證實幻零波長對QED修正和延遲效應的敏感性,印證了J. Mitroy和唐麗艷提出的理論預言。未來,實驗測量精度有望提高一個數量級,達到30 ppb水平,在此精度下一方面可拓寬科學家對于QED理論的認知,另一方面可探測到原子核的相關效應,這為從“隱形”原子角度探究核結構性質開辟新的研究窗口。
                  研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項的支持。 
                  

                微信號:ayiwangapp17

                (來源: 精密測量科學與技術創新研究院 )

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