葉軍院士團隊登Nature封面：新型核鐘可為原子核基本力提供新見解
投稿到接收僅用27天！
叨樂 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
中國科學院外籍院士、物理學家葉軍團隊，原子鐘項目再次登Nature封面！
這次從投稿到接收僅用了27天。
具體來說，團隊開發了一種基于原子核中能量微小變化的時鐘，能做到比目前世界上最好的計時器（光鐘）更精確，并且對干擾的敏感度更低。
被Nature評價為“可能改變基礎物理學研究”，可以提供對原子核中基本力的新見解。
核基固態光學鐘的開端
比原子鐘還精確！
現在的很多超精確時鐘都是用原子的電子能級來計時的，比如鍶-87原子鐘。
原子鐘的測量精度非常高，每過150億年才會有一秒的誤差。
而基于核能級的核鐘被認為是原子鐘的pro版本，葉軍團隊的最新研究正是圍繞這個主題展開。
實驗中，葉軍團隊成功利用真空紫外（VUV）頻率梳直接激發釷-229核時鐘躍遷，并與銣-87原子鐘建立了直接的頻率連接。
這是首次通過激光直接激發釷-229核躍遷，是核時鐘與原子鐘之間的首次直接頻率比測量。
他們還精確測量了釷-229核躍遷的絕對頻率，達到了千赫茲級別的精度，并成功提取了核四極分裂的內在特性。這些數據對于暗物質的探索和研究開辟了新的方向。
除此之外 ，葉軍團隊的這項研究也標志著核基固態光學鐘的開端，給這種新型始終以后用在實際情況中打下了基礎。
△絕對頻率測定直接激發和頻率比測量
為了實現研究目標，葉軍帶領進行了多個實驗步驟：
首先，他們使用摻鐿光纖激光器生成紅外頻率梳，并通過一系列放大過程將輸出功率提升到40-50瓦特。
△核鐘躍遷的VUV梳狀光譜接著，團隊將紅外頻率梳聚焦到氙氣噴霧中，生成波長約為148.3納米的真空紫外（VUV）頻率梳。
△全范圍梳狀掃描然后，研究人員將VUV頻率梳的基頻與銣-87原子鐘的頻率進行穩定連接，以確保頻率的準確性，并通過直接激發釷-229的核躍遷，建立核時鐘與原子鐘之間的頻率比測量。
△線路形狀和中心頻率確定在樣品制備方面，團隊使用摻釷-229的氟化鈣單晶作為激發目標，摻雜濃度為5×10^18 cm^-3。
通過VUV頻率梳的單一頻率線，他們成功激發了釷-229的核時鐘躍遷，激發后樣品內的釷-229核釋放出熒光光子。
最后，研究人員使用反射拋物鏡收集從釷-229衰變中發出的熒光光子，并通過光電倍增管計數這些光子，記錄信號以分析核躍遷的特性和頻率，成功實現了釷-229核時鐘與銣-87原子鐘之間的直接頻率比測量。
△核電四極結構的直接光譜測量一個想理解宇宙的鐘表匠
葉軍現任美國科羅拉多大學博爾德分校的教授，同時也是美國國家標準與技術研究院（NIST）和科羅拉多大學聯合建立的天體物理聯合實驗室（JILA）的研究員。
在原子鐘和量子多體物理學領域頗有盛名。
本科畢業于上海交通大學應用物理系，博士畢業于科羅拉多大學，導師是諾貝爾物理學獎得主約翰·霍爾。
自1999年，葉軍就致力于光學原子鐘的研發，他的團隊開發的光學原子鐘被認為是世界上最精確的時鐘之一，其測量精度達到了每150億年誤差不到一秒的水平。
2007年，葉軍及研究團隊做出了世界上首臺“每7000萬年僅誤差1秒”的鍶原子光鐘。
此后多年，他的團隊不斷推進原子鐘的性能提升。
2017年，他們設計了一種新型原子鐘，將鍶原子裝入微小的三維光晶格中。這種三維結構使得原子密度較之前的一維光晶格設計提高了近1000倍。
而如今，他的團隊在這個領域又有新的突破，成功開發出一種新型核鐘。
未來，我們也有理由期待這位“想理解宇宙的鐘表匠”，會給人們帶來更多的驚喜和突破。
- 在線可玩！智譜開源圖生視頻模型，網友直呼Amazing！2024-09-19
- 字節AI版小李子一開口：黃風嶺，八百里2024-09-13
- 小心！AI能「看懂」你的唇語，悄悄話不再安全！2024-09-12
- 機器人也會系鞋帶了！斯坦福團隊賦予機器人新技能丨已開源2024-09-11
