通过Penning阱质谱实验观测极长寿命亚稳态电子态衰变的途径
原子物理
2023-10-23 v4
摘要
高电荷离子(HCIs)中被称为亚稳态电子态的长寿命离子量子态在基础物理学中极具兴趣。特别是，它产生具有极窄自然线宽的跃迁，是有望用于下一代HCI原子钟以达以下精度的候选者。近期发表于[Nature,581(7806) 2020]的实验利用Penning阱质谱测量了极长寿命亚稳态电子态的能量，从而开启了搜寻HCI钟跃迁的大门。基于先前研究，本研究提出一项实验方案，旨在测量秒级以上亚稳态的寿命。我们的方法采用顺序脉冲-相位测量方案，通过Penning阱中的单离子质谱直接观测亚稳态电子态的衰变过程。该测量对荧光探测等传统技术构成重大挑战。为证明此方法的有效性，我们在真实实验条件下进行了全面模拟，在特定场景中得出有前景的结果。提出了两个适用于测试该方法的候选体系，并采用最先进的MCDHF理论进行精确能级与跃迁速率计算。讨论了在实验测定广泛范围的長寿命亚稳态电子态能量与寿命、探测超精细与磁猝灭效应对高阶禁戒跃迁的影响以及搜寻高质量HCI钟跃迁等方面的未来前景。
引用
@article{arxiv.2307.01657,
title = {Experimental Access to Observing Decay from Extremely Long-Lived Metastable Electronic States via Penning Trap Spectrometry},
author = {Bingsheng Tu and Ran Si and Yang Shen and Jiarong Wang and Baoren Wei and Chongyang Chen and Ke Yao and Yaming Zou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.01657},
year = {2023}
}