《利用鈣離子魔幻波長高精度測量4S-4P躍遷振子強度》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由管樺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：利用鈣離子魔幻波長高精度測量4S-4P躍遷振子強度
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：管樺
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
振子強度的高精度測量對於光頻標、基本對稱性、簡併量子氣體、量子信息、電漿以及天文學等方面的研究具有重要意義。偶極躍遷振子強度可以通過理論計算和實驗測量得到。中性原子偶極躍遷振子強度的實驗測量精度為3-4位有效數位，離子振子強度的實驗測量主要是採用測量激發態壽命和分支比相結合的方式得到，對鈣離子4S-4P振子強度的測量精度目前只有兩位，實驗測量和理論計算結果之間偏差在10%左右。本項目提出基於鈣離子光頻標平台，入射395nm雷射（理論預測波長），測量該雷射造成的鈣離子4S1/2-3D5/2鐘躍遷譜線的ac Stark頻移，得到鈣離子鐘躍遷的魔幻波長，利用該魔幻波長，結合理論計算，得到鈣離子4S-4P躍遷的振子強度，有望將測量精度提高到四位，同時可以得到約化矩陣元、振子強度比和躍遷線強比等數據，本項目的實施可以提供一種新的測量離子偶極躍遷振子強度的方法，同時可以對原子結構理論提供實驗檢驗。
結題摘要
振子強度的高精度測量對於光頻標、基本對稱性、簡併量子氣體、量子信息、電漿以及天文學等方面的研究具有重要意義。 本項目實現了729 nm鐘躍遷雷射穩頻，線寬達到1 Hz，穩定度達到2E-15（1-100秒），利用該雷射器掃描獲得了線寬為6 Hz的鈣離子鐘躍遷譜線。搭建了用於測量鈣離子鐘躍遷魔幻波長的裝置，在40Ca+離子體系中首次測量了鐘躍遷魔幻波長，其中，對應於2D5/2態磁子能級|m| = 1/2的魔幻波長為λ|mj|=1/2 = 395.7992(2) nm，對應於2D5/2態磁子能級|m| = 3/2的魔幻波長為λ|mj|=3/2= 395.7990(2) nm，實驗結果和之前發表的理論結果相符合。基於實驗獲得的魔幻波長，得到40Ca+離子4S1/2-4P1/2和4S1/2-4P3/2躍遷的振子強度比為2.027(5)，對應的線強比為2.009(5)。結合之前其他研究組獲得的4S1/2-4P1/2躍遷矩陣元2.8928(43)，以及我們實驗獲得4S1/2-4P1/2和4S1/2-4P3/2躍遷線強比，可得4S1/2-4P3/2躍遷矩陣元為4.099(8)，該結果與之前發表的理論結果相符合。 同時，為了進行基於全光囚禁離子光頻標研究，我們測量了鈣離子鐘躍遷紅外魔幻波長，結果為：1056.37(9) nm，實驗結果的精度比之前發表的理論計算結果提高了兩個量級，利用實驗測量的魔幻波長，獲得了3D5/2-4P3/2躍遷的躍遷矩陣元為3.295(15)，結合之前實驗獲得的4S1/2-4P1/2和4S1/2-4P3/2躍遷矩陣元，可以獲得鈣離子鐘躍遷上下兩個態的靜態極化率之差為44.32(32) a.u.，對應溫度為300K時的鈣離子鐘躍遷頻移為0.3816 Hz，不確定度為6.8E-18。 此外，基於鈣離子研究平台，獲得了鈣離子亞穩態3D3/2和 3D5/2 態的壽命，分別為1.1649(44) s和1.195(8) s。同時，在實驗上測量了3d 2D5/2-4s 2S1/2躍遷的分支比為0.998(12)，通過實驗測量的3D5/2態壽命和3d 2D5/2-4s 2S1/2躍遷分支比，首次在實驗上獲得了鈣離子3D5/2-4S1/2躍遷的四極躍遷矩陣元為9.733(52) ea0^2。
