高电荷离子：光钟及其在基础物理学中的应用

近年来，频率计量学和光钟的发展以原子和单电荷离子中的电子跃迁为参考。这些系统实现了 $10^{-18}$ 量级的相对频率不确定度。这一成就不仅允许进行极其精确的时间和频率测量，还使我们能够探测对基础物理学的理解，例如基本常数的变化、局部洛伦兹不变性的破坏以及超出物理学标准模型的力。此外，新型时钟正推动着复杂技术应用的发展。将时钟应用于基础物理学的关键在于对超出标准模型和爱因斯坦相对论效应的高敏感性，以及极小的时钟频率不确定度。高电荷离子兼具这两点。它们被提出作为高精度时钟，因为它们拥有的光学跃迁可以极其狭窄，且与现有的原子钟物种相比对外部微扰的敏感度更低。选择处于不同电荷态的高电荷离子，提供了对精细结构常数和电子-质子质量比变化以及其他新物理效应最敏感的窄跃迁。近期在陷俘和协同冷却高电荷离子方面的进展，未来将实现高精度光谱学。在计算选定高电荷离子性质方面的进展，使得评估系统性频移和预测对“新物理”效应的敏感度成为可能。本文回顾了该领域理论和实验的现状。