通过Penning陷阱光谱学对极长寿命亚稳电子态衰变的实验观测途径
摘要：高度电离离子（HCI）中的长寿命离子量子态，即亚稳电子态，在基础物理学中具有很大的兴趣。特别是，它产生的跃迁具有非常窄的自然线宽，可作为下一代HCI原子钟实现精度达到10^-19的有希望的候选方案。最近在[Nature, 581（7806）2020]上报道了一项实验，利用潘宁陷阱质谱法测量了一个极长寿命的亚稳电子态的能量，从而为搜索HCI钟跃迁打开了大门。本工作是前一实验的延伸，提出了一个实验方案来确定其寿命，这是发展HCI钟的另一个关键因素。通过一种原位状态再生方法和更新的脉冲和相位测量方案，可以直接在潘宁陷阱中检测到亚稳电子态的衰变，从而能够确定长寿命亚稳电子态的寿命长达几秒。对于任何其他常规技术，如荧光衰变曲线检测，这是一项极具挑战性的任务。为了证明该方法的有效性，在真实实验条件下进行了全面的模拟。预测结果显示，在确定亚稳电子态的能量和寿命的特定情况下，比现有技术有所改进。最后，提出了两个适合测试此方法的候选方案，并采用最先进的MCDHF理论进行精确的能级和跃迁速率计算。讨论了确定广泛能量和寿命范围内的长寿命亚稳电子态、探测高阶禁戒跃迁的超精细和磁淬灭效应，以及搜索高质量HCI钟跃迁的未来前景。
作者：Bingsheng Tu, Ran Si, Yang Shen, Jiarong Wang, Ke Yao, Baoren Wei, Chongyang Chen and Yaming Zou
论文ID：2307.01657
分类：Atomic Physics
分类简称：physics.atom-ph
提交时间：2023-07-07