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共振激光激发获原子和分子内部精确信息

导读: 要获得原子和分子内部结构的最精确信息,最好方法是利用共振激光激发它们。但这种激光需要超过一定强度,会对原子内部的电子壳层造成明显改变。

  要获得原子和分子内部结构的最精确信息,最好方法是利用共振激光激发它们。但这种激光需要超过一定强度,会对原子内部的电子壳层造成明显改变。据物理学家组织网11月23日(北京时间)报道,德国联邦物理技术研究所(PTB)的科学家通过实验证明,怎样才能防止这种“光移”现象,并证明了以往理论所预测的“超”拉姆齐激发的存在。相关论文发表在最近出版的《物理评论快报》上。

  “光移”指的是强激光改变了原子能级的位置,而偏移取决于所发出的激光密度和波长。如果想看到未发生量子偏移的原子性质,就必须避免“光移”或对其加以校正。PTB科学家首次在实验中使用一系列经过选择的激光脉冲来激发原子的新方法,消除了光移效应。

  诺曼•拉姆齐提出用脉冲辐射来执行精确测量,并研发出超精密铯原子钟而获得1989年诺贝尔奖。拉姆齐激发所包含的信息,在发射两束激光期间处于隐态,因此可以把原子看成是处于发生光移和没有光移之间的平均位置。理论上,通过改变激光频率来校正光移是可能的,但从实践角度来看并非如此,因为人们不能事先知道有关原子偏移的信息。直到2010年,有人提出一种叫做“超”拉姆齐激发的方法来解决这个问题。

  研究小组首次通过实验证实了该理论。在“超”拉姆齐激发中,在两束激光之间的“暗中”期间引入第三束密度、频率相同,但相位相反的激光,这第三束激光自动弥补了可能的误差。这些误差来自对光移大小估计不准、光脉冲强度的微小差异等。

  如果能实现原子跃迁的“超”拉姆齐激发,就能探测到极其微小的频率差异,同时显示出大的光移。研究小组实验证明了“超”拉姆齐激发的理论预测,并获得1万倍的光移抑制。研究人员指出,这为制造更加精确的光学镱原子钟消除了障碍,同时这种方法也对那些需要精确控制原子与激光之间相互反应的领域,如量子信息处理领域非常有用。

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