6 Li原子D线跃迁的精密测量
发布时间：2021-08-19 17:51
原子分子的精密光谱在人类探索自然的过程扮演着核心的角色,特别是自激光器诞生以来,原子分子频率跃迁的测量的精度得到了极大的提高。每一次光谱频率分辨率的提高都带来人类认识的新革命,导致了一系列重大的发现:比如精细和超精细分裂、Stark效应、Zeeman分裂和精细常数的时间变化等。在这一系列重要的科学和技术的进步中,能级结构简单原子的高精度谱线测量在基本常数标定、奇异核结构测量和量子电动力学修正等领域有至关重要的作用。最近高精度的锂原子激光光谱不论是在理论还是实验领域都引起了科学界的极大的关注,锂原子的能级结构比较简单,其外层只有三个电子,从第一性原理出发可以得到锂原子的诸多特性。例如,结合量子电动力学修正的Hylleraas变分算法,可以精确预估跃迁频率、同位素位移和精细结构间隔等。实验上通过测量锂原子的精密跃迁光谱,可以对现有的理论模型进行检验。目前Li原子的能级在理论上已经完成了mα7阶QED修正计算,但是现有的两套理论体系在计算结果上有着微小的差异,并且理论计算与实验结果也存在出入,所以实验上还需要一套高精度的测量系统来修正理论计算,从而验证QED理论的正确性以及普适性。许多实验测...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
理论模型下不同原子组分干涉仪在验证弱等效原理时的比较[51]。
2017年,Holger Muller实验小组在温度为50倍反冲极限的7Li冷原子中通过Ramsey-Borde原子干涉的方式精密测量了7Li原子的反冲频率[52]。通过四组π/2脉冲操控原子进行干涉,实验上可以获得特征频率为8倍反冲频率的原子布局数震荡信号,其实验结果如图1.3所示。由公式ωr=2k2/(2m)可知,通过反冲频率的精密测量可以推算出原子的质量,结合6Li原子反冲频率的精确测量,可以在实验上通过使用原子干涉的方法测量出中子的质量,此测量结果在千克的重新定义,精细结构常数测量方面具有重要的意义。1.3.2 锂原子光谱测量
1948年,K.W.Meissner等人通过原子束真空电弧光谱的方法测量了7Li原子D2线光谱[32];1955年,E.W.Burke首次在锂原子束中测得了同位素偏移[33];1967年,K.C.Borg等人用能级交叉法,测量了锂原子22P态的精细结构和超精细结构[34];1975年,H.Orth等人通过光学双共振的方法,测量了7Li原子2P态的超精细结构分裂等[35];1990年,L.Windholz等人在外加磁场环境下研究了锂精细结构劈裂、同位素偏移、超精细参数A,B等[36];1995年,L.J.Radziemski等人,通过傅里叶变换光谱的方法,测量了7Li和6Li原子较大范围内的光谱,谱线波数测量精度达到±0.0005 cm-1[37]。C.J.San-sonetti等人在原子束通过频率调制的光谱测量方法,谱线波数测量精度达到±0.00002 cm-1[38];2002年,Z.C.Yan和G.W.F.Drake通过QED反冲修正,计算出了锂原子的同位素偏移[39];2006年G.A.Noble等人通过EOM调制激光的方式,获得了大范围的谱线[40];2007年V.Natarajan课题组通过铷稳定环腔谐振器实验上第一次测量出来的了锂原子的绝对频率[41];2011年C.J.Sansonetti等人首次结合光学频率梳精密测量出来了锂原子的绝对频率[42],2014年M.Puchalski和K.Pachucki结合实验测量结果对之前的理论模型进行修正[23],完善了QED理论中mα6阶和mα7阶的贡献。以6Li原子为参考,理论计算和实验测量的结果如图1.4所示,从图中可以明显看出来2P能级间距测量的不确定度随着测量技术的不断提高而不断降低。之前实验上测量锂原子跃迁谱线多在原子束中进行,原子束方法测量锂原子谱线的装置如图1.5所示,先将锂原子加热至400?C左右,锂原子的最概然速率在1200 m/s附近,从一套准直系统中筛选出横向速度比较集中的原子,然后在垂直于原子束的方向上进行探测。如NIST最新的测量装置通过直径2mm,总长135 cm的速度筛选装置限制出射原子的纵向速度,筛选出的原子在垂直测量的方向上有约4 MHz的多普勒展宽[43],原子束的准直和原子通量大小之间是竞争关系,在高准直要求下会降低原子通量,进而降低荧光谱线信号强度。在谱线测量实验中,信噪比是十分关键的因素,直接影响最终的统计误差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氦原子23S—23P精密光谱研究[J]. 郑昕,孙羽,陈娇娇,胡水明. 物理学报. 2018(16)
硕士论文
[1]超冷6Li费米原子窄Feshbaeh共振的研究[D]. 俞千里.华东师范大学 2017
本文编号：3351864
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
理论模型下不同原子组分干涉仪在验证弱等效原理时的比较[51]。
2017年,Holger Muller实验小组在温度为50倍反冲极限的7Li冷原子中通过Ramsey-Borde原子干涉的方式精密测量了7Li原子的反冲频率[52]。通过四组π/2脉冲操控原子进行干涉,实验上可以获得特征频率为8倍反冲频率的原子布局数震荡信号,其实验结果如图1.3所示。由公式ωr=2k2/(2m)可知,通过反冲频率的精密测量可以推算出原子的质量,结合6Li原子反冲频率的精确测量,可以在实验上通过使用原子干涉的方法测量出中子的质量,此测量结果在千克的重新定义,精细结构常数测量方面具有重要的意义。1.3.2 锂原子光谱测量
1948年,K.W.Meissner等人通过原子束真空电弧光谱的方法测量了7Li原子D2线光谱[32];1955年,E.W.Burke首次在锂原子束中测得了同位素偏移[33];1967年,K.C.Borg等人用能级交叉法,测量了锂原子22P态的精细结构和超精细结构[34];1975年,H.Orth等人通过光学双共振的方法,测量了7Li原子2P态的超精细结构分裂等[35];1990年,L.Windholz等人在外加磁场环境下研究了锂精细结构劈裂、同位素偏移、超精细参数A,B等[36];1995年,L.J.Radziemski等人,通过傅里叶变换光谱的方法,测量了7Li和6Li原子较大范围内的光谱,谱线波数测量精度达到±0.0005 cm-1[37]。C.J.San-sonetti等人在原子束通过频率调制的光谱测量方法,谱线波数测量精度达到±0.00002 cm-1[38];2002年,Z.C.Yan和G.W.F.Drake通过QED反冲修正,计算出了锂原子的同位素偏移[39];2006年G.A.Noble等人通过EOM调制激光的方式,获得了大范围的谱线[40];2007年V.Natarajan课题组通过铷稳定环腔谐振器实验上第一次测量出来的了锂原子的绝对频率[41];2011年C.J.Sansonetti等人首次结合光学频率梳精密测量出来了锂原子的绝对频率[42],2014年M.Puchalski和K.Pachucki结合实验测量结果对之前的理论模型进行修正[23],完善了QED理论中mα6阶和mα7阶的贡献。以6Li原子为参考,理论计算和实验测量的结果如图1.4所示,从图中可以明显看出来2P能级间距测量的不确定度随着测量技术的不断提高而不断降低。之前实验上测量锂原子跃迁谱线多在原子束中进行,原子束方法测量锂原子谱线的装置如图1.5所示,先将锂原子加热至400?C左右,锂原子的最概然速率在1200 m/s附近,从一套准直系统中筛选出横向速度比较集中的原子,然后在垂直于原子束的方向上进行探测。如NIST最新的测量装置通过直径2mm,总长135 cm的速度筛选装置限制出射原子的纵向速度,筛选出的原子在垂直测量的方向上有约4 MHz的多普勒展宽[43],原子束的准直和原子通量大小之间是竞争关系,在高准直要求下会降低原子通量,进而降低荧光谱线信号强度。在谱线测量实验中,信噪比是十分关键的因素,直接影响最终的统计误差。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氦原子23S—23P精密光谱研究[J]. 郑昕,孙羽,陈娇娇,胡水明. 物理学报. 2018(16)
硕士论文
[1]超冷6Li费米原子窄Feshbaeh共振的研究[D]. 俞千里.华东师范大学 2017
本文编号：3351864
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