基于高电荷态离子的光学原子钟创建

日期： 2022-11-09

浏览次数: 4

来源: 科技日报

据发表于最近《自然》杂志的一项研究，德国联邦材料研究与测试研究所（PTB）科学家首次展示了基于高电荷态离子的光学时钟。这一成果为建造极其精确的高电荷态离子钟铺平了道路，该钟可在计时和进一步探索基础物理学方面得到应用。

高电荷态离子是宇宙中一种常见的物质形式，在太阳或其他恒星中可发现它们。它们失去了许多电子，因此具有很高的正电荷。这就是为什么最外层的电子与原子核的结合比中性或带弱电的原子更强。

出于这个原因，高电荷态离子对外部电磁场的干扰反应不那么强烈，成为对狭义相对论、量子电动力学和原子核的基本效应更敏感的探测器。

PTB物理学家卢卡斯·斯皮伯解释说，一个带有高电荷态离子的光学原子钟有助于更好地检验这些基本理论。“我们能够在一个五电子系统中探测到量子电动核反冲，这是一个重要的理论预测，这是在以前的任何其他实验中都未能实现的。”

此前，研究人员从热等离子体中分离出单个高电荷的氩离子，并将其与单个带电的铍离子一起存储在离子陷阱中。这使得高电荷态离子可被间接冷却，并通过铍离子进行研究。

随后，PTB开发的量子算法成功地进一步冷却了高电荷态离子，即接近量子力学基态。这相当于绝对零度以上2亿分之一开氏度。这些结果已于2020年和2021年分别发表在《自然》和《物理评论X》上。

研究人员此次成功地迈出了下一步：他们实现了一个基于13倍带电氩离子的光学原子钟，并将其与PTB现有的镱离子钟进行了比较。其综合评估的系统频率不确定度为2.2×10-17，可与许多运行中的光时钟相媲美。

研究人员创造了现有光学原子钟的一个有力竞争对手，其所使用的方法是普遍适用的，允许研究许多不同的高电荷态离子，其中包括可用于搜索粒子物理标准模型的扩展原子系统。

上一篇：十四五”国家重点研发计划项目——“白云鄂博多金属资源绿色高效开发利用集成示范”项下一篇：西安交通大学周迪教授团队在微波介质陶瓷方面取得进展

Hot News / 相关推荐

宁波材料所在硅基异质集成单晶氧化物自旋电子器件方面取得进展

2025 - 04 - 10

点击次数: 31

自旋电子器件凭借低功耗、非易失性、超快读写等优势，已成为新一代信息技术的重要发展方向之一。单晶氧化物自旋霍尔材料因其突出的电荷-自旋转换能力，被认为是开发低功耗自旋器件的理想候选材料。然而，如何实现单晶氧化物自旋霍尔材料与硅基平台的异质集成，仍然面临着巨大挑战。中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电材料与器件团队针对上述问题开展研究，提出了“混合转移外延” 集成策略。研究实现了在硅衬底上单晶氧...

高压实验发现A15型三元稀土氢化物高温超导体

2025 - 04 - 10

点击次数: 31

来源：X-MOL自1911年超导现象发现以来，室温超导始终是凝聚态物理领域的终极目标之一。基于BCS理论，金属氢因极高的德拜温度与强电子-声子耦合，是潜在的高温乃至室温超导体，但其极端合成压力远超当前技术极限，因此科学家们转而探索基于化学预压缩效应的富氢化物。近年来，氢化物超导体的研究取得了重大突破。然而，二元氢化物的稳定压力与性能调控面临瓶颈，三元氢化物由于其化学多样性和结构可调性成为突破瓶颈的...

关于征集上海市稀土产业“十五五”发展规划编制意见和建议的通知

2025 - 04 - 09

点击次数: 81

稀土掺杂氧化钛光催化分解水制氢取得突破

2025 - 04 - 09

点击次数: 99

来源：中国科学院150年前，科幻大师凡尔纳预言，水将成为终极燃料。科学家一直努力发展能够将这一预言变为现实的各种可能的技术。其中包括通过阳光直接分解水获取氢气，这项被称为“光催化分解水”的技术属于低碳技术。目前，太阳能制氢主要有两种方式。一种是太阳能电池发电再电解水，其效率高但设备复杂且昂贵；另一种是太阳光直接光解水，即通过氧化钛等半导体材料在阳光下“一键分解”水分子。光解水自1972年被发现以来...