超冷分子的製備及其在精密測量物理常數中的套用

《超冷分子的製備及其在精密測量物理常數中的套用》是依託山西大學，由馬傑擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：超冷分子的製備及其在精密測量物理常數中的套用
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：馬傑
• 依託單位：山西大學

項目摘要

超冷分子的物理實現為精密測量物理提供了嶄新的研究方法和技術手段，使得以前所未有的高精度測量部分物理常數成為可能。本項目針對精密測量物理重大研究計畫項目指南中“超冷原子與分子氣體的製備與套用”研究方向，著眼於發展超冷分子的製備和其在精密測量中的套用的關鍵技術，包括建立全光學製備超冷分子的實驗系統，通過基於光學偶極阱的相干光締合方案高效製備超冷銫分子；聯合超冷分子光締合光譜提供的長程區域振轉能級束縛能數據和傳統光譜技術獲得的短程區域振轉能級束縛能數據，基於全區域光譜數據計算分子高精確勢能曲線和分子常數；套用高精度的能級位置等參數選擇最佳化的實驗方案，在超冷分子體系中測量物理基本常數電子質子質量比常數的變化。通過本項目的實施，使得我們在超冷分子體系的製備以及用於精密測量的原理與方法等研究方向的國際競爭力得到進一步的提升。

結題摘要

電子質子質量比常數(μ=me/mp)，作為自然界定匪員中重要的無量綱常數，在極大時間尺度下存在隨時間變化的可能，而對其變化的實驗觀察建立在精密測量的基礎上。山西大學與清華大學的研究團隊充分利用雙方的研究特色，發揮各自的優勢學術資源，在三年項目執行期間，課題組建立並最佳化了兩套運行良好的超冷分子實驗系統，解決了超冷分子密集相干製備中最最佳化能級選擇的重要科學問題，掌握了多光場頻率相干鎖定與獨立掃頻的關鍵技術，實現了密集基態超冷分子的製備，獲得了分子的高精確勢能曲線和相關分子常數，為精密測量電子質子質量之比隨時間的變化奠定微旋了堅實的基礎。完成了項目的計畫內容，獲得了預期的研究成果。 課題組發展增強的三維拉曼邊帶冷卻技術，將超冷原子樣品的溫度冷卻到1μK，使其在相干光場中的量子相干效應進一步增強，在磁懸浮交叉光學偶極阱中對預冷卻的超冷銫原子實現了高密度與高效裝載。同時，我們在雙暗磁光阱中成功實現了超冷鈉銫分子的光締合製備。採用一系列高靈敏光譜技術，獲得了超冷銫分子近離解限、長程遠失諧區域等極限探測區域、以及超冷鈉銫分子高激發態的高分辨光締合光譜。利用發展的雙光締合光譜技術，精確測量了超冷銫分子不同振動態下的分子常數，以及超冷極性鈉銫分子超精細能級結構的光致頻籃笑組格移。此外我們發展了基於飛秒光學頻率梳系統的寬頻光譜精密選擇技術，獲得實驗所需近紅外光譜區域的寬頻雷射，利用超冷銫分子獨有的長程態雙阱隧穿機制，採用光締合技術結合寬頻光學泵浦，在光阱中相干製備了密集的基態超冷銫分子，利用飛行時間光譜技術探測得超冷基態銫分重射拜子樣品分子數約8.2×105，溫度約為 1.5μK，壽命約為 300ms。課題組研究了外磁場操控超冷原子仔槳境-分子間的相互作用，實現了原子-分子系統中的量子態操控。採用Feshbach共振技術對超冷原子氣體的光締合進行操控，實現超冷銫分子系統量子戶朵嘗態布居轉移的快速有效調控，使超冷分子的產率提高了近70%。本項目為開展以振轉基態超冷分子為介質的量子模擬、以及量子態操控方面的研究提供了強有力的技術支持。 項目執行期間總計發表SCI收錄學術論文22篇，其中包括Las. Phys. Lett.、J. Chem. Phys.、Phys. Rev. A、Opt. Lett.等SCI 高區論文 12 篇；申請國家發明專利3項，出版“‘十二五’國家重點圖糠套狼姜書出版規劃項目”著作圖書1部。