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编译服务: 精密测量科技动态监测平台 编译者: marcus2017 编译时间: 2021-12-6 点击量: 48

原子跃迁频率的精密测量已经达到了小于10-18水平,使得从光钟到检验基础物理理论等科学和技术取得突破性进展。至今为止,尽管分子光谱研究的精度比较低,但是分子体系独特的结构和对称性非常适合于研究基础物理。一个突出的例子就是寻找电子的永久电偶极矩。分子也能被用于检验宇称不守恒和测量基本常数及其可能的随时间的变化。而且,超冷化学、碰撞的研究以及天文物理光谱的解释也需要精确知道分子常数。

在过去,中性分子精密谱通常是基于冷分子束流进行的,其探寻时间仅有几个微秒。基于囚禁分子的光谱测量提供了一些好处,例如相互作用时间的增加能够重复性探测弱跃迁谱线。人们已经发展了制备亚毫开分子系综的多种不同技术。很多研究组也已经利用Ramsey光谱在光偶极阱或者磁阱中观测到了毫秒或者更长时间尺度的相干现象,包括KRb、NaK、Sr2和CaF等分子。将类似的方法应用到多原子分子是非常有趣的。因为其对称顶端和近对称顶端能级结构提供了等间隔奇偶双峰,能够用于量子模拟、量子信息处理和精密测量。人们也已经提出将大分子的内部振动自由度用于单分子量子信息处理。

2021年10月18日,德国马克斯普朗克量子光学研究所Martin Zeppenfeld课题组在《物理评论快报》(PHYSICAL REVIEW LETTERS)发表了题为:“High-Resolution “Magic”-Field Spectroscopy on Trapped Polyatomic Molecules.”的文章。文章中,作者将几kHz分辨率的囚禁分子光谱扩展到了多原子分子。首先,分子被囚禁在微结构电极阱中,该阱在大部分囚禁区域提供了可调谐的均匀电场得以减少斯塔克展宽。其次,选择合适的分子跃迁,该跃迁的两个能级在一个“魔幻”电场值下的斯塔克频移之差趋于零。斯塔克展宽因此进一步减少。第三,通过将分子冷却到低mK温度区域来降低多普勒展宽。作者在甲醛分子体系中证实了这种方法,其中通过光电西西弗斯冷却方法来冷却甲醛分子。斯塔克展宽被抑制到了亚kHz水平,使得作者测量到了有3.8 kHz半高全宽的光谱。最终的光谱展宽主要是由于多普勒展宽引起的。根据测量到的电场分布和阱内分子能量分布情况,作者通过对观测线形进行建模,几乎重现了实验观测到的线形。因此基于统计和对称性误差分析,“魔幻”场跃迁的中心位置的确定精度小于100 Hz。这些方法为研究各种多原子分子提供了多种可能。

 

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