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88明升:更精确的原子钟

时间:2020/5/19 13:59:37   作者:   来源:   阅读:0   评论:0
内容摘要:原子钟是非常重要的在日常生活和科学研究。它根据原子内部电子在两个能级之间跳跃时发出的电磁波来控制振荡器的校准。与原子相比,高电荷离子的外层电子与原子核的结合更强,对外部场的波动更不敏感,狭义相对论和量子电动力学的影响更显著。因此,高电荷离子是未来发展更精确原子钟的理想选择之一。然...
原子钟是非常重要的在日常生活和科学研究。它根据原子内部电子在两个能级之间跳跃时发出的电磁波来控制振荡器的校准。
与原子相比,高电荷离子的外层电子与原子核的结合更强,对外部场的波动更不敏感,狭义相对论和量子电动力学的影响更显著。因此,高电荷离子是未来发展更精确原子钟的理想选择之一。

然而,由于其内部结构复杂,在高电荷离子中识别适合原子钟的电子跃迁是非常困难的,而常用的光谱测量方法对这种跃迁的测量不够精确。

现在,克劳斯·马克斯·普朗克核物理研究所教授布鲁姆和谢尔盖·埃利sellye博士,包括俄罗斯、法国、日本和澳大利亚科学家参与国际研究团队,使用高精度潘宁阱质谱仪(Pentatrap),成功地测量了铼离子基态和激发态之间的极其微小的质量很差。根据爱因斯坦的方程E = MC2,粒子的能量状态的变化也反映在其质量的变化上。科学家们在一个高电荷的铼离子中发现了一个长期存在的亚稳态电子,并直接测定了它的电子激发能,这与先进的计算是一致的。
测量高电荷离子的跃迁能是可能的
普朗克核物理研究所的Rima shusler博士和她的同事们将通常含有75个电子的铼原子,转变成高电荷的铼离子(缺少29个电子),并将它们引入Pentatrap的penning阱。其中一种铼离子仍然处于最低能量状态,即基态,而另外两种则通过软x射线进入激发态。在磁场和特殊形状电场的作用下,高电荷铼离子在penning阱内沿圆形轨道运动。就像把一个球拴在绳子上在空中旋转一样,在同样的力下,较重的球比较轻的球旋转得慢。Pentatrap准确计算出了不同铼离子单位时间内的环数,环数的差异反映了重量的增加。

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