近日，精密測量院原子分子外場理論組和冷分子離子組合作,在釷-229離子精密測量研究方面取得重要進展，提出了通過釷-229三價離子(229Th3+)核外電子躍遷和核躍遷的精密光譜測量，檢驗精細結構常數隨時間變化的研究方案。相關研究成果在國際物理學期刊《Physical Review A》上發表。 
光鐘作為精密測量實驗平臺，被應用于時間-秒定義、基礎物理檢驗等諸多前沿研究領域。探尋新的光鐘體系具有重要意義，近年來多種候選光鐘體系被提出，其中，釷-229原子核由于其存在能量極低(僅約為8.36 eV)且壽命很長的核激發態，是極具潛力的核光鐘候選者之一。同時，Th-229核躍遷的精細結構常數敏感因子K在104量級，比現有最敏感的原子躍遷高3-4個量級，是檢驗精細結構常數隨時間變化和探測超輕暗物質與光子的耦合強度的優選實驗對象。
精密測量院副研究員李承斌與研究員童昕開展合作，采用相對論原子結構理論方法研究了229Th3+核外電子結構與外場響應性質。研究指出229Th3+核外電子5f5/2-5f7/2躍遷具有較高品質因子，運動與外場引起的頻率不確定度可均控制在10-18水平。因此，可在229Th3+離子中同時測量核外電子鐘躍遷和原子核鐘躍遷的頻率，并通過比對極大程度上消除系統誤差，實現在10-21/年靈敏度水平上檢驗精細結構常數隨時間變化。
理論方案示意圖
該研究成果以“229Th3+ as an ionic optical clock for ?ne-structure-constant variations”為題在學術期刊《Physical Review A》上發表，部分理論計算采用的是由原子分子外場理論組自主研發編寫的DFCP程序包，所有理論計算均在精密測量院理論計算集群上完成。博士研究生余師成和甘文婷為共同第一作者，副研究員華夏為共同作者，副研究員李承斌與研究員童昕為共同通訊作者。
研究工作得到了國家自然科學基金以及湖北省自然科學基金的資助。
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