激光冷却HgF分子进行电子电偶极矩精密测量取得进展

发布日期: 2020-03-07   作者:  浏览次数: 123

    粒子物理的标准模型已经成功预言了每一种被探测到的粒子及粒子间的相互作用,是物理学的重要基本理 论。然而标准模型问世以来,新的理论与实验结果不断出现,其至今不能合理解释一些显而易见的宇宙现象,例如中微子振荡,暗物质与反物质问题等。而这些现象的背后正是新的粒子,新的场与新的力,标准模型理论亟待修订。众多探索超越标准模型新物理的实验方案中,电子电偶极矩(eEDM)的精密测量具有独特的潜力。与大型科学装置不同,电子电偶极矩测量是可以在单个实验室,甚至单个实验平台上完成的工作。针对这一重大课题,实验室印建平课题组在目前正在进行的氟化铅(PbF)分子eEDM精密测量的基础上,前瞻性的提出了利用激光冷却后的氟化汞(HgF)分子进行eEDM精密测量的新方案。相关成果发表在国际学术期刊Physical Review A 99, 032502 (2019)

     该研究首先利用RKR方法与莫尔斯势方法理论验证了HgF分子高度对角化的弗兰克康登因子(Franck-Condon factors)并计算相应的冷却激光波长,设计利用一束主泵浦光与两束再泵浦光构造准封闭跃迁循环的方案。用有效哈密顿量方法(effective Hamiltonian approach)及相关光谱学参数计算了HgF

分子的电子,振转与超精细能级结构。根据计算的

 转动态超精细结构,提出了可行的激光冷却边带调制方案,这一方案用于激光冷却的泵浦过程。由于HgF分子激光冷却方案中的电子基态与激发态之间存在寿命很短的中间态,该方案计划使用微波混合技术消除暗态,使分子在准封闭跃迁循环中散射尽可能多的光子。此外还研究了 转动态超精细能级的塞曼效应与超精细g因子。设计的实验方案中,缓冲气体冷却分子束源(buffer gas beam source)经过激光冷却后速度将小于10 m/s,最终被囚禁在磁光阱中利用Ramsey 干涉仪进行测量。最后,估算了新方案的统计不确定度,即磁光阱中测量的统计不确定度为6×10-32e·cm,目前最新的测量结果来自于ACME小组的ThO测量系统,de = (4.3 ± 3.1stat ± 2.6syst)×10-30e·cm (Nature, 562, 355 (2018))。因此202Hg19F分子是非常有潜力的eEDM测量候选分子。

      近年来国际国内关于eEDM精密测量的实验与理论研究正蓬勃发展,研究人员结合激光冷却与囚禁技术以获得尽可能长的eEDM精密测量干涉仪测量时间,进而降低测量的统计不确定度,类似方案将成为这一精密测量领域的重要趋势。

1. HgF分子激光冷却准封闭跃迁循环构造方案