《單量子態氦原子的製備和精密測量》是依託中國科學技術大學，由孫羽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單量子態氦原子的製備和精密測量
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫羽
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氦原子是最基本的多電子原子，其精密光譜一直是檢驗束縛態系統量子電動力學理論的重要手段，通過比對氦原子理論計算和實驗測量的結果，可以得到精細結構常數α、以及4^He與其同位素3^He原子核半徑等基本物理參數。目前對於三重態能級精細結構分裂的實驗測量和理論計算結果間存在kHz水平的偏離，亟待新的獨立高精密光譜測量進行檢驗。實驗中的關鍵是獲得足夠高的測量信噪比、以及排除外界電磁環境等產生的系統偏差。本項目計畫利用雷射橫向冷卻和二維磁光囚禁的方法，獲得高亮度、單量子態的氦原子束流，提高實驗測量信噪比，通過精密的電磁禁止，減小系統偏差的影響，實現亞kHz水平的氦原子精密光譜測量，最終實現在該原子系統中對量子電動力學的檢驗，及精細結構常數和氦核結構參數等重要物理學量的測量。
結題摘要
氦原子是少電子束縛態的量子電動力學理論的經典研究對象，也是少數幾個基於量子力學和基本物理常數、而不需要任何可調參數就可以計算達到極高精度的量子體系之一。因此，氦原子精密譜一直是一個十分理想的在原子分子體系中檢驗量子電動力學理論的平台。本項目按計畫完成搭建了高亮度、單一量子態的氦原子束流系統，並利用高精度雷射光譜的方法，測量得到了氦原子的能級結構。項目關於氦-4原子23PJ能級23P1-23P2和23P0-23P2精細結構分裂的測量，目前獲得了國際上最優的測量精度，結果分別是31 908 130.98(13)kHz和2 291 177.56(19)kHz。其中和精細結構常數敏感的23P0-23P2間隔測量結果，在實驗上把測量精細結構常數α的精度提高到了2ppb，同時通過和目前最精確的、包含高階α5Ry量子電動力學修正項的計算結果相比較，其結果偏差僅在0.22kHz。首次確認了在該精度上的高階量子電動力學理論修正，為未來該方向理論的改進發展鋪平了道路。
