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中國成功研制用于高離化離子光鐘的小型電子束離子阱

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2019-09-11 17:11:56 字號：A- A A+ 來源：觀察者網(wǎng)

最后更新: 2019-09-11 20:09:04

據(jù)中國科學(xué)院網(wǎng)站9月11日消息，光鐘是利用原子的光學(xué)躍遷為參考的原子鐘，光鐘的發(fā)展關(guān)系到國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、國家信息建設(shè)等重大國家需求。光鐘除了在時(shí)間基準(zhǔn)方面的應(yīng)用，在基礎(chǔ)物理前沿領(lǐng)域研究中也有著廣泛的應(yīng)用，如驗(yàn)證精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)a隨時(shí)間的變化、尋找暗物質(zhì)和探測引力波等。2010年以來，國際上Derevianko等人在理論上指出高離化態(tài)離子（HCI）適合研制不確定度達(dá)到10-19甚至更低的光鐘，而且對a常數(shù)變化比現(xiàn)有光鐘體系更加靈敏。因此，利用HCI光鐘進(jìn)行a常數(shù)隨時(shí)間變化的檢驗(yàn)有著非常特殊的優(yōu)勢。

論文地址

2015年，德國馬普研究所的Crespo López-Urrutia研究組和德國PTB的Schmidt研究組合作，率先開展了基于Ar13+的HCI光鐘的研究，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Ar13+的協(xié)同冷卻，正在進(jìn)行邏輯光譜的研究。

雖然國外已經(jīng)在HCI光鐘研究方面取得了很大進(jìn)展，但目前國際上尚未實(shí)現(xiàn)HCI光鐘的鎖定。中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、中國科學(xué)院物理研究所和復(fù)旦大學(xué)開展了HCI光鐘的理論和實(shí)驗(yàn)研究。

理論上，中科院物理所分析了含58Ni12+和61Ni15+等HCI離子的躍遷波長和能級壽命等信息。研究表明這些HCI離子非常適合研制不確定度達(dá)10-19甚至更小的光鐘。

實(shí)驗(yàn)上，要實(shí)現(xiàn)HCI光鐘，首先需要實(shí)現(xiàn)HCI離子的穩(wěn)定產(chǎn)生裝置。為此，中科院武漢物數(shù)所與復(fù)旦大學(xué)合作，通過兩年的攻關(guān)，成功研制了一臺小型高溫超導(dǎo)電子束離子阱（SW-EBIT），并以鎢HCI離子為例進(jìn)行了HCI離子產(chǎn)生、引出、電離態(tài)分析以及光譜分析等測試。測試結(jié)果表明，該EBIT具備產(chǎn)生并引出上述HCI光鐘候選離子能力，可以作為HCI光鐘所需的離子源。該工作于9月3日發(fā)表在《科學(xué)儀器評論》（Review of Scientific Instruments）雜志上。

以上工作是HCI光鐘研制中非常關(guān)鍵的步驟，為后續(xù)開展HCI離子的減速、協(xié)同冷卻等研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以上工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）——基于原子的精密測量物理的資助。
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