穩定的高亮度低速亞穩態氦原子束流*

陳嬌嬌 孫羽? 溫金錄 胡水明

1) (中國科學技術大學, 合肥微尺度國家物質科學中心, 合肥 230026)

2) (中國科學院量子信息與量子科技創新研究院, 合肥 230026)

穩定的高強度原子束流源是很多精密測量實驗的關鍵.亞穩態( 2 3S )氦原子的精密光譜測量在檢驗量子電動力學、測定精細結構常數研究中受到重要關注.本文利用激光冷卻方法增強束流強度、通過塞曼減速器降低原子的縱向速度, 并利用反饋控制穩定束流強度.實驗測得, 所產生的亞穩態氦原子連續束流在(100±3.6) m/s 速度下, 強度達 5 .8×1012 atoms/(s·sr), 相對穩定度為 0.021%.利用該原子束, 示范了在僅0.1%的飽和光強條件下進行 4 He 原子 2 3S—23P 躍遷的光譜探測, 此時由探測光功率帶來的頻移低于1 kHz.

1 引 言

氦原子是最簡單的多體原子, 可以通過“從頭計算方法”得到高精度的理論計算結果[1], 這也使得氦原子成為一個直接檢驗量子電動力學理論(quantum electrodynamics, QED)的平臺, 為尋找超越標準模型的新物理提供可能[2,3].其中4He 原子23P能級的精細結構對檢驗QED理論和QED理論中最基本的物理常數—精細結構常數α最為敏感, 也是目前唯一實現α7me量級QED計算的多電子體系[4?6].氦原子光譜不僅可以設定電子間奇異相互作用的上限[3], 還可以用于測定氦原子核電荷半徑大小.通過對光譜方法、電子散射方法[7,8]、以及國際上正在開展的 μ He+實驗[9]所測定的原子核大小進行比對, 將可能在低能尺度檢驗標準模型中輕子電磁相互作用的普適性[10].

在過去的幾十年里, 實驗技術取得了驚人的進步, 使得……