7月2日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校盧征天教授、夏添研究員團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上首次成功觀測到原子能級在電場中的布賴特-拉比位移現(xiàn)象。研究成果日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》。
在原子物理學(xué)中，量子態(tài)能級通常在磁場中會發(fā)生與磁場強(qiáng)度成正比的塞曼位移。1931年，理論物理學(xué)家布賴特（Gregory Breit）和拉比（I. I. Rabi）描述了一種非線性的能級位移現(xiàn)象，后被命名為布賴特-拉比效應(yīng)。這是一種由原子的超精細(xì)結(jié)構(gòu)與磁場共同作用產(chǎn)生的量子力學(xué)基本效應(yīng)，已在眾多實(shí)驗(yàn)中被觀測到，并在量子精密調(diào)控領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
另一方面，原子能級在電場作用下通常會發(fā)生與電場強(qiáng)度平方成正比的位移，即斯塔克位移。理論預(yù)測表明，具有超精細(xì)結(jié)構(gòu)的原子在電場中，其能級變化會偏離這一簡單的平方關(guān)系，這種現(xiàn)象被稱為電場布賴特-拉比效應(yīng)，與磁場中的布賴特-拉比效應(yīng)具有相似性。盡管這一基本量子力學(xué)效應(yīng)早在1968年已被理論預(yù)言，但其實(shí)驗(yàn)觀測一直存在技術(shù)挑戰(zhàn)。
在該研究中，研究團(tuán)隊(duì)首先將鐿-171原子載入光偶極阱，利用激光囚禁的高選擇性排除了可能帶來干擾的其他同位素；隨后，利用光偶極阱精確操控原子，將其置于間隔僅一毫米的一對萬伏高壓電極之間；同時(shí)，通過激光冷卻技術(shù)將原子溫度降至40微開爾文，有效消除了多普勒效應(yīng)對譜線的加寬影響。通過這一系列實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)鐿-171原子在強(qiáng)電場環(huán)境下的高精度光譜測量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，原子能級的變化顯著偏離了常規(guī)的斯塔克效應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)觀測到能級位移中與電場四次方、六次方成正比的高階貢獻(xiàn)，直接驗(yàn)證了電場布賴特-拉比效應(yīng)。
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