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世界上第一個基于高電荷態(tài)離子的光學(xué)原子鐘

led13535084363 ? 來源:光行天下 ? 作者:光行天下 ? 2022-11-09 09:30 ? 次閱讀
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高電荷態(tài)離子是宇宙中一種常見的物質(zhì)形式,在太陽或其他恒星中可發(fā)現(xiàn)它們。它們失去了許多電子,因此具有很高的正電荷。這就是為什么最外層的電子與原子核的結(jié)合比中性或帶弱電的原子更強(qiáng)。 出于這個原因,高電荷態(tài)離子對外部電磁場的干擾反應(yīng)不那么強(qiáng)烈,成為對狹義相對論、量子電動力學(xué)和原子核的基本效應(yīng)更敏感的探測器。

PTB物理學(xué)家盧卡斯·斯皮伯解釋說,一個帶有高電荷態(tài)離子的光學(xué)原子鐘有助于更好地檢驗(yàn)這些基本理論?!拔覀兡軌蛟谝粋€五電子系統(tǒng)中探測到量子電動核反沖,這是一個重要的理論預(yù)測,這是在以前的任何其他實(shí)驗(yàn)中都未能實(shí)現(xiàn)的?!?/p>

此前,研究人員從熱等離子體中分離出單個高電荷的氬離子,并將其與單個帶電的鈹離子一起存儲在離子陷阱中。這使得高電荷態(tài)離子可被間接冷卻,并通過鈹離子進(jìn)行研究。

隨后,PTB開發(fā)的量子算法成功地進(jìn)一步冷卻了高電荷態(tài)離子,即接近量子力學(xué)基態(tài)。這相當(dāng)于絕對零度以上2億分之一開氏度。這些結(jié)果已于2020年和2021年分別發(fā)表在《自然》和《物理評論X》上。

研究人員此次成功地邁出了下一步:他們實(shí)現(xiàn)了一個基于13倍帶電氬離子的光學(xué)原子鐘,并將其與PTB現(xiàn)有的鐿離子鐘進(jìn)行了比較。其綜合評估的系統(tǒng)頻率不確定度為2.2×10-17,可與許多運(yùn)行中的光時鐘相媲美。 研究人員創(chuàng)造了現(xiàn)有光學(xué)原子鐘的一個有力競爭對手,其所使用的方法是普遍適用的,允許研究許多不同的高電荷態(tài)離子,其中包括可用于搜索粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的擴(kuò)展原子系統(tǒng)。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:新突破|世界上第一個基于高電荷態(tài)離子的光學(xué)原子鐘

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