武汉物数所在囚禁冷却钙离子的精密光谱研究中取得进展

　　近日，中国科学院武汉物理与数学研究所囚禁离子物理研究组和原子分子外场理论组合作，在囚禁冷却钙离子的精密光谱研究方面取得新的进展，研究结果发表在《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 114, 223001 (2015)）。

　　原子在特定波长的激光作用下，会导致特定的光频跃迁的两能级具有相同的偶极极化率，使光诱导频移为零，此波长称为魔幻波长。魔幻波长使得独立操控内部超精细自旋和外部原子的质心运动成为现实，在量子态操控以及精密光谱研究方面具有广泛的应用，特别是，基于魔幻波长而发展的中性原子光晶格钟已成为原子光钟的发展方向之一。魔幻波长是否存在于离子体系？在离子体系中是否可以对魔幻波长进行高精度测量并实现新的可能应用？

　　此前，武汉物数所原子分子外场理论组计算并获得了在钙离子体系中对光频跃迁相关的魔幻波长的理论值( Phys. Rev. A 87, 042517 (2013))。近日，囚禁离子物理研究组基于建立的单个囚禁冷却钙离子光频标平台，通过精密测量在特定波长激光下40Ca+离子光频跃迁的光频移，得到了在40Ca+离子体系中光频跃迁魔幻波长的实验值，测量精度达到2ppm。实验和理论结果相符合。基于实验获得的魔幻波长，得到了40Ca+离子4S1/2-4P1/2 和4S1/2-4P3/2 跃迁的振子强度比，为原子精细结构的研究提供了实验依据。该研究结果为提高精密测量光谱的精度提供新的思路，也为未来可能进行的基于全光囚禁的离子光频标研究奠定了基础。同时基于该理论和实验结合的结果，囚禁离子物理研究组还精确测量了钙离子3D5/2态寿命(Phys. Rev. A 91, 022511 (2015))。

　　该研究得到了科技部“973”项目（2005CB724500和2012CB821300）、国家自然科学基金委（11474318，91336211和11034009）和中国科学院的资助。