陈娇娇 孙羽† 温金录 胡水明

1) (中国科学技术大学, 合肥微尺度国家物质科学中心, 合肥 230026)

2) (中国科学院量子信息与量子科技创新研究院, 合肥 230026)

稳定的高强度原子束流源是很多精密测量实验的关键.亚稳态( 2 3S )氦原子的精密光谱测量在检验量子电动力学、测定精细结构常数研究中受到重要关注.本文利用激光冷却方法增强束流强度、通过塞曼减速器降低原子的纵向速度, 并利用反馈控制稳定束流强度.实验测得, 所产生的亚稳态氦原子连续束流在(100±3.6) m/s 速度下, 强度达 5 .8×1012 atoms/(s·sr), 相对稳定度为 0.021%.利用该原子束, 示范了在仅0.1%的饱和光强条件下进行 4 He 原子 2 3S—23P 跃迁的光谱探测, 此时由探测光功率带来的频移低于1 kHz.

1 引 言

氦原子是最简单的多体原子, 可以通过“从头计算方法”得到高精度的理论计算结果[1], 这也使得氦原子成为一个直接检验量子电动力学理论(quantum electrodynamics, QED)的平台, 为寻找超越标准模型的新物理提供可能[2,3].其中4He 原子23P能级的精细结构对检验QED理论和QED理论中最基本的物理常数—精细结构常数α最为敏感, 也是目前唯一实现α7me量级QED计算的多电子体系[4−6].氦原子光谱不仅可以设定电子间奇异相互作用的上限[3], 还可以用于测定氦原子核电荷半径大小.通过对光谱方法、电子散射方法[7,8]、以及国际上正在开展的 µ He+实验[9]所测定的原子核大小进行比对, 将可能在低能尺度检验标准模型中轻子电磁相互作用的普适性[10].

在过去的几十年里, 实验技术取得了惊人的进步, 使得……