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精密測量院在鋰離子精密譜研究中取得新進展
2020年11月23日 08:47:30
來源：精密測量院 點擊量：3570
高精度少體原子分子精密譜實驗與理論研究在檢驗束縛態(tài)QED理論、確定基本物理常數(shù)、獲取原子核結(jié)構(gòu)信息以及探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理中有著重要的應(yīng)用，是當(dāng)前精密測量物理的重點方向之一。
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】高精度少體原子分子精密譜實驗與理論研究在檢驗束縛態(tài)QED理論、確定基本物理常數(shù)、獲取原子核結(jié)構(gòu)信息以及探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理中有著重要的應(yīng)用，是當(dāng)前精密測量物理的重點方向之一。
中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員高克林領(lǐng)導(dǎo)的囚禁離子物理研究組、研究員史庭云領(lǐng)導(dǎo)的原子分子外場理論研究組，加拿大新不倫瑞克大學(xué)教授嚴(yán)宗朝和加拿大溫莎大學(xué)教授G. W. F. Drake合作開展類氦鋰離子精密譜研究逾十年，近期在鋰離子精密譜研究中取得了重要進展，準(zhǔn)確確定了鋰原子核的電磁分布半徑(Zemach半徑)。相關(guān)研究發(fā)表在期刊Phys. Rev. Lett. 和Phys. Rev. A上。
在實驗方面，針對上同類實驗的主要問題，研究團隊研制了更加穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)Li+離子源、采用了穩(wěn)頻于波長計的548nm探測光和快速交替掃描并Doppler-Free的飽和熒光光譜方案，并利用飛秒光梳對探測光頻率進行了準(zhǔn)確測量，實現(xiàn)了7Li+離子23P態(tài)精細結(jié)構(gòu)以及23S和23P態(tài)的超精細結(jié)構(gòu)的高精度測量，精度優(yōu)于100kHz，比上此前已經(jīng)夠準(zhǔn)確的實驗值在精度上提高了一個數(shù)量級。
在理論方面，研究團隊首次計算了包括高階量子電動力學(xué)(QED)效應(yīng)在內(nèi)的6,7Li+離子23S 和23P態(tài)的超精細劈裂，精度較之前的文獻結(jié)果提高了一個數(shù)量級。通過比較6,7Li+離子的理論計算和實驗測量值，發(fā)現(xiàn)由6Li+的23S態(tài)超精細劈裂確定的Zemach半徑與核物理方法(NP)得到的相應(yīng)值存在6個標(biāo)準(zhǔn)誤差，確認(rèn)了7Li的核電磁分布半徑比6Li的大40%這一反?，F(xiàn)象。此外，這項研究確定的6Li和7Li原子核的Zemach半徑與基于中性6,7Li原子定出的Zemach半徑分別存在1.5和2.2個標(biāo)準(zhǔn)誤差。這將進一步促進Li+和Li精密光譜實驗和理論研究，同時將推動少核子體系核結(jié)構(gòu)理論與實驗的開展。
此項基于原子精密光譜的工作，其特點是獨立于原子核模型；它將為揭示鋰原子核結(jié)構(gòu)、特別是6Li核的奇特性質(zhì)以及檢驗相關(guān)的核結(jié)構(gòu)模型提供重要依據(jù)。隨著原子光譜精度的不斷提高，越來越多的核效應(yīng)將在原子譜線中得到體現(xiàn)。因此，原子的精密譜研究將成為探測原子核效應(yīng)的一扇重要窗口，是核物理進入精密時代的獨特研究平臺。
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