【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院國家授時中心的光鐘研究團隊在堿土金屬原子超精細誘導電四極(E2)躍遷及超精細結構的精確計算方面取得了突破。研究人員利用多組態Dirac-Hartree-Fock理論，精確計算了鐿(Yb)原子5d6s 3D1態與基態6s21S0之間的磁偶極(M1)躍遷和超精細誘導E2躍遷的躍遷概率。相關研究成果以《Accurate Calculation of Hyperfine-Induced 5d6s 3D1,3 to 6s21S0 E2 Transitions and Hyperfine Constants in Ytterbium Atoms》為題，發表在期刊《物理學報》。
研究人員指出，利用5d6s 3D1 - 6s21S0躍遷探索宇稱破缺效應已經得到了深入研究，但5d6s 3D1態與基態6s21S0之間的M1躍遷和超精細誘導E2躍遷會顯著影響宇稱破缺信號的探測，因此，精確計算這些躍遷的躍遷概率非常重要。先前的研究在計算5d6s 3D1 - 6s21S0超精細誘導E2躍遷時僅考慮了5d6s 3D2微擾態對躍遷概率的影響，并且其超精細常數的計算結果與實驗值之間存在3%至26%的差異。在本工作中，研究團隊詳細分析了電子關聯效應對M1和E2躍遷矩陣元的影響，如圖1所示，并研究了不同微擾態和超精細相互作用對躍遷概率的影響。團隊計算得到的5d6s3D1,2,3和1D2態的超精細常數與實驗測量結果符合得很好，證明了計算模型的合理性。
此外，結合實驗測量的超精細常數和理論計算得到的核外電子在原子核處的電場梯度，研究團隊重新評估了173Yb原子核的核電四極矩Q=2.89(5)b。這一評估結果與目前被推薦的結果[Stone, Atomic Data and Nuclear Data Tables, 111, 1-28(2016)]一致，如圖2所示。
該研究在堿土金屬原子超精細誘導躍遷以及超精細常數的精確計算方面取得的進展，不僅有助于深入理解原子結構，還對未來基于原子躍遷的精密測量技術的發展具有重要意義。本文趙國棟、曹進為共同第一作者，盧本全、常宏為通訊作者。
圖1.不同計算模型下，5d6s 3D1 - 6s21S0M1躍遷(左)和5d6s 1,3D1 - 6s21S0 E2躍遷(右)的約化矩陣元
圖2. 不同研究中173Yb核電四極矩的比較
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