中科院武汉物数所与复旦大学合作成功研制用于高离化离子光钟的小型电子束离子阱(SW-EBIT)

  • 管桦 (中国科学院武汉物理与数学研究所)
  • 创建于 2019-09-17
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  光钟是利用原子的光学跃迁为参考的原子钟,光钟的发展关系到国家计量标准、国家信息和国防建设等重大国家需求。光钟除了在时间基准方面的应用,在基础物理前沿领域研究中也有着广泛的应用,如验证精细结构常数随时间的变化、寻找暗物质和探测引力波等。2010年以来,国际上Derevianko等人在理论上指出高离化态离子(HCI)适合研制不确定度达到10-19甚至更低的光钟,而且对常数变化比现有光钟体系更加灵敏。因此,利用HCI光钟进行常数随时间变化的检验有着非常特殊的优势。

  2015年,德国马普研究所的Crespo López-Urrutia研究组和德国PTB的Schmidt研究组合作,率先开展了基于Ar13+的HCI光钟的研究,目前已经实现了Ar13+的协同冷却,正在进行逻辑光谱的研究。

  虽然国外已经在HCI光钟研究方面取得了很大进展,但目前国际上尚未实现HCI光钟的锁定。中科院武汉物数所、物理所和复旦大学抓住这个新机遇,及时开展了HCI光钟的理论和实验研究,力争在这一领域有所作为。

  理论上,中科院物理所分析了含58Ni12+和61Ni15+等HCI离子的跃迁波长和能级寿命等信息。研究表明这些HCI离子非常适合研制不确定度达10-19甚至更小的光钟。

  实验上,要实现HCI光钟,首先需要实现HCI离子的稳定产生装置。为此,中科院武汉物数所与复旦大学合作,通过两年的攻关,成功研制了一台小型高温超导电子束离子阱(SW-EBIT),并以钨HCI离子为例进行了HCI离子产生、引出、电离态分析以及光谱分析等测试。测试结果表明,该EBIT具备产生并引出上述HCI光钟候选离子能力,可以作为HCI光钟所需的离子源。该工作于9月3日发表在《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments)杂志上

  以上工作是HCI光钟研制中非常关键的步骤,为后续开展HCI离子的减速、协同冷却等研究打下了坚实的基础。

  以上工作得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)-基于原子的精密测量物理的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1063/1.5112154

 

责任编辑:黄巧