Гиперполяризуемость оптических часов на атомах стронция
Среда, 14 февраля 2018Оптические стандарты частоты на переходах между атомными уровнями энергии («атомные часы») являются одними из самых точных физических инструментов. Они используются в новых технологиях – квантовой информатике, релятивистской геодезии и навигационных системах GPS и ГЛОНАСС.
Для НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ особенно важно то, что атомные часы используются для поиска новых фундаментальных взаимодействий. В частности, с их помощью можно изучать возможные вариации фундаментальных постоянных, проводить эксперименты по поиску нарушения локальной Лоренц-инвариантности и даже искать «темную» материю. В настоящее время оптические часы на атомах стронция относятся к наиболее точным. Относительная систематическая ошибка для частоты «часового» перехода в стронции составляет сейчас всего 2.1·10-18. Для достижения такой точности необходимо устранить влияние на частоту перехода внешних лазерных полей, используемых для удержания атомов в покое в оптической решетке. Для этого лазеры настраиваются на «магическую» частоту, на которой динамические поляризуемости верхнего и нижнего уровня часового перехода совпадают и частота перехода оказывается нечувствительной к вариациям лазерного поля в линейном приближении по интенсивности лазера. Для дальнейшего уменьшения систематических эффектов необходимо учитывать не только поляризуемость, но и следующий член разложения энергии по напряженности электрического поля, определяемый гиперполяризуемостью атомных уровней. С этой целью группа теоретиков из НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ (С.Г. Порсев, М.Г. Козлов), Делаверского университета (М.С. Сафронова) и Университета Невады (У.И. Сафронова) разработала новый метод расчета гиперполяризуемостей многоэлектронных атомов, выражения для которых включают тройные суммы по атомному спектру, что делает прямые вычисления практически невозможными. В предложенном методе получены уравнения для многоэлектронных волновых функций, которые позволяют исключить суммирования по спектру. С помощью нового метода удалось провести первый прецизионный расчет гиперполяризуемости для часового перехода в атоме стронция. Кроме этого, были вычислены и поправки, связанные с неоднородностью лазерного поля и магнитным полем лазерной волны. Эти поправки определяются электрической квадрупольной и магнитной дипольной поляризуемостями, для которых тоже были выведены соответствующие многоэлектронные уравнения. Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review Letters .
Полученные результаты принципиально важны для повышения точности атомных часов до уровня 10-19. Что, в свою очередь, откроет возможность на порядок повысить чувствительность экспериментов к новым фундаментальным взаимодействиям. Исследования в этом направлении активно ведутся в НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ.
Ссылка на статью:
в журнале: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.063204;
в ResearchGate:
