發(fā)布時(shí)間：2021-08-19 17:51

　　原子分子的精密光譜在人類探索自然的過程扮演著核心的角色,特別是自激光器誕生以來,原子分子頻率躍遷的測(cè)量的精度得到了極大的提高。每一次光譜頻率分辨率的提高都帶來人類認(rèn)識(shí)的新革命,導(dǎo)致了一系列重大的發(fā)現(xiàn):比如精細(xì)和超精細(xì)分裂、Stark效應(yīng)、Zeeman分裂和精細(xì)常數(shù)的時(shí)間變化等。在這一系列重要的科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步中,能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單原子的高精度譜線測(cè)量在基本常數(shù)標(biāo)定、奇異核結(jié)構(gòu)測(cè)量和量子電動(dòng)力學(xué)修正等領(lǐng)域有至關(guān)重要的作用。最近高精度的鋰原子激光光譜不論是在理論還是實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域都引起了科學(xué)界的極大的關(guān)注,鋰原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,其外層只有三個(gè)電子,從第一性原理出發(fā)可以得到鋰原子的諸多特性。例如,結(jié)合量子電動(dòng)力學(xué)修正的Hylleraas變分算法,可以精確預(yù)估躍遷頻率、同位素位移和精細(xì)結(jié)構(gòu)間隔等。實(shí)驗(yàn)上通過測(cè)量鋰原子的精密躍遷光譜,可以對(duì)現(xiàn)有的理論模型進(jìn)行檢驗(yàn)。目前Li原子的能級(jí)在理論上已經(jīng)完成了mα7階QED修正計(jì)算,但是現(xiàn)有的兩套理論體系在計(jì)算結(jié)果上有著微小的差異,并且理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也存在出入,所以實(shí)驗(yàn)上還需要一套高精度的測(cè)量系統(tǒng)來修正理論計(jì)算,從而驗(yàn)證QED理論的正確性以及普適性。許多實(shí)驗(yàn)測(cè)... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：123 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

理論模型下不同原子組分干涉儀在驗(yàn)證弱等效原理時(shí)的比較[51]。

2017年,Holger Muller實(shí)驗(yàn)小組在溫度為50倍反沖極限的7Li冷原子中通過Ramsey-Borde原子干涉的方式精密測(cè)量了7Li原子的反沖頻率[52]。通過四組π/2脈沖操控原子進(jìn)行干涉,實(shí)驗(yàn)上可以獲得特征頻率為8倍反沖頻率的原子布局?jǐn)?shù)震蕩信號(hào),其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1.3所示。由公式ωr=2k2/(2m)可知,通過反沖頻率的精密測(cè)量可以推算出原子的質(zhì)量,結(jié)合6Li原子反沖頻率的精確測(cè)量,可以在實(shí)驗(yàn)上通過使用原子干涉的方法測(cè)量出中子的質(zhì)量,此測(cè)量結(jié)果在千克的重新定義,精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)測(cè)量方面具有重要的意義。1.3.2 鋰原子光譜測(cè)量

1948年,K.W.Meissner等人通過原子束真空電弧光譜的方法測(cè)量了7Li原子D2線光譜[32];1955年,E.W.Burke首次在鋰原子束中測(cè)得了同位素偏移[33];1967年,K.C.Borg等人用能級(jí)交叉法,測(cè)量了鋰原子22P態(tài)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)[34];1975年,H.Orth等人通過光學(xué)雙共振的方法,測(cè)量了7Li原子2P態(tài)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)分裂等[35];1990年,L.Windholz等人在外加磁場(chǎng)環(huán)境下研究了鋰精細(xì)結(jié)構(gòu)劈裂、同位素偏移、超精細(xì)參數(shù)A,B等[36];1995年,L.J.Radziemski等人,通過傅里葉變換光譜的方法,測(cè)量了7Li和6Li原子較大范圍內(nèi)的光譜,譜線波數(shù)測(cè)量精度達(dá)到±0.0005 cm-1[37]。C.J.San-sonetti等人在原子束通過頻率調(diào)制的光譜測(cè)量方法,譜線波數(shù)測(cè)量精度達(dá)到±0.00002 cm-1[38];2002年,Z.C.Yan和G.W.F.Drake通過QED反沖修正,計(jì)算出了鋰原子的同位素偏移[39];2006年G.A.Noble等人通過EOM調(diào)制激光的方式,獲得了大范圍的譜線[40];2007年V.Natarajan課題組通過銣穩(wěn)定環(huán)腔諧振器實(shí)驗(yàn)上第一次測(cè)量出來的了鋰原子的絕對(duì)頻率[41];2011年C.J.Sansonetti等人首次結(jié)合光學(xué)頻率梳精密測(cè)量出來了鋰原子的絕對(duì)頻率[42],2014年M.Puchalski和K.Pachucki結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果對(duì)之前的理論模型進(jìn)行修正[23],完善了QED理論中mα6階和mα7階的貢獻(xiàn)。以6Li原子為參考,理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果如圖1.4所示,從圖中可以明顯看出來2P能級(jí)間距測(cè)量的不確定度隨著測(cè)量技術(shù)的不斷提高而不斷降低。之前實(shí)驗(yàn)上測(cè)量鋰原子躍遷譜線多在原子束中進(jìn)行,原子束方法測(cè)量鋰原子譜線的裝置如圖1.5所示,先將鋰原子加熱至400?C左右,鋰原子的最概然速率在1200 m/s附近,從一套準(zhǔn)直系統(tǒng)中篩選出橫向速度比較集中的原子,然后在垂直于原子束的方向上進(jìn)行探測(cè)。如NIST最新的測(cè)量裝置通過直徑2mm,總長(zhǎng)135 cm的速度篩選裝置限制出射原子的縱向速度,篩選出的原子在垂直測(cè)量的方向上有約4 MHz的多普勒展寬[43],原子束的準(zhǔn)直和原子通量大小之間是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,在高準(zhǔn)直要求下會(huì)降低原子通量,進(jìn)而降低熒光譜線信號(hào)強(qiáng)度。在譜線測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,信噪比是十分關(guān)鍵的因素,直接影響最終的統(tǒng)計(jì)誤差。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氦原子23S—23P精密光譜研究[J]. 鄭昕,孫羽,陳嬌嬌,胡水明.  物理學(xué)報(bào). 2018(16)

碩士論文
[1]超冷6Li費(fèi)米原子窄Feshbaeh共振的研究[D]. 俞千里.華東師范大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3351864