具体来说,团队开发了一种基于原子核中能量微小变化的时钟,能做到比目前世界上最好的计时器(光钟)更精确,并且对干扰的敏感度更低。
实验中,叶军团队成功利用真空紫外(VUV)频率梳直接激发铀-229核时钟跃迁,并与铷-87原子钟建立了直接的频率连接。
他们还精确测量了铀-229核跃迁的绝对频率,达到了千赫兹级别的精度,并成功提取了核四极的内在特性。这些数据对于暗物质的探索和研究开辟了新的方向。
除此之外 ,叶军团队的这项研究也标志着核基固态光学钟的开端,给这种新型始终以后用在实际情况中打下了基础。
首先,他们使用掺铒光纤激光器生成红外频率梳,并通过一系列放大过程将输出功率提升到40-50瓦特。
接着,团队将红外频率梳聚焦到氙气喷雾中,生成波长约为148.3纳米的真空紫外(VUV)频率梳。
然后,研究人员将VUV频率梳的基频与铷-87原子钟的频率进行稳定连接,以确保频率的准确性,并通过直接激发铀-229的核跃迁,建立核时钟与原子钟之间的频率比测量。
在样品制备方面,团队使用掺铀-229的氟化钙单晶作为激发目标,掺杂浓度为5×10^18 cm^-3。
最后,研究人员使用反射抛物镜收集从铀-229衰变中发出的荧光光子,并通过光电倍增管计数这些光子,记录信号以分析核跃迁的特性和频率,成功实现了铀-229核时钟与铷-87原子钟之间的直接频率比测量。
叶军现任美国科罗拉多大学博尔德分校的教授,同时也是美国国家标准与技术研究院(NIST)和科罗拉多大合建立的天体物理联合实验室(JILA)的研究员。
本科毕业于上海交通大学应用物理系,博士毕业于科罗拉多大学,导师是诺贝尔物理学奖得主约翰·霍尔。
自1999年,叶军就致力于光学原子钟的研发,他的团队开发的光学原子钟被认为是世界上最精确的时钟之一,其测量精度达到了每150亿年误差不到一秒的水平。
2017年,他们设计了一种新型原子钟,将锶原子装入微小的三维光晶格中。这种三维结构使得原子密度较之前的一维光晶格设计提高了近1000倍。
本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布,仅代表该作者或机构观点,不代表澎湃新闻的观点或立场,澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。