記者7月2日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授盧征天、研究員夏添團隊在實驗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。研究論文日前發(fā)表于國際期刊《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)生與磁場強度成正比的塞曼位移。1931年，理論物理學(xué)家布賴特和拉比描述了一種非線性的能級位移現(xiàn)象，這一現(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)，已在眾多實驗中被觀測到，并在量子精密調(diào)控領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　原子能級在電場作用下通常會發(fā)生與電場強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，但實驗觀測一直存在技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　在本研究中，研究團隊首先將鐿-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1毫米的一對萬伏高壓電極之間；同時，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。通過實驗，研究團隊成功實現(xiàn)鐿-171原子在強電場環(huán)境下的高精度光譜測量。

　　實驗結(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)。研究團隊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，直接驗證了電場布賴特—拉比效應(yīng)。