$^{171}$Yb$^+$ 离子钟的四极移位：实验与理论对比

通过利用相对论耦合簇 (RCC) 方法计算 $5d_{3/2,5/2}$ 和 $4f_{7/2}$ 态的四极矩 ($\Theta$s)，研究了 Yb$^+$ 离子中三个主要钟跃迁 $[4f^{14} 6s] ^2S_{1/2} \rightarrow [4f^{14} 5d] ^2D_{3/2}$、$[4f^{14} 6s] ^2S_{1/2} \rightarrow [4f^{14} 5d] ^2D_{5/2}$ 和 $[4f^{14} 6s] ^2S_{1/2} \rightarrow [4f^{13} 6s^2] ^2F_{7/2}$ 的四极移位。我们发现 $4f_{7/2}$ 态的 $\Theta$ 值计算结果与实验结果存在一个数量级的差异，但我们的结果与其他使用不同多体方法的计算结果一致。然而，我们计算的 $5d_{3/2}$ 态 $\Theta$ 值与现有实验结果吻合良好，并且是迄今为止最精确的结果，能够更准确地估计 $[4f^{14} 6s] ^2S_{1/2} \rightarrow [4f^{14} 5d] ^2D_{3/2}$ 钟跃迁的四极移位。为了证明我们计算的准确性，我们使用相同的 RCC 方法评估了 $^{171}$Yb$^+$ 离子 $6s_{1/2}$、$5d_{3/2,5/2}$ 和 $4f_{7/2,5/2}$ 态的超精细结构常数，并将结果与其实验值进行了比较。我们还确定了 $5d_{3/2}$ 态的寿命，以消除近期实验所声称的对早期测量值的质疑。