用于测试基础物理的原子钐中屏蔽内壳层跃迁

禁戒原子跃迁为超越标准模型的新物理提供了最为严格的一些低能检验,其灵敏度受制于对称性所抑制的待寻信号与系统误差之间的相互作用。本文识别了中性钐原子中此前未被观测到的 \(4f^{6}6s^{2}\,{}^{5}\)D\(_{0}\) 能级,位于 \(14\,564.90(2)\,\mathrm{cm}^{-1}\),从而开启了 \(^{7}\)F\(_{0}\rightarrow{}^{5}\)D\(_{0}\) 内壳层跃迁用于精密光谱学。从双梳吸收光谱中提取的候选谱线,通过双共振粒子数耗尽和顺序激发测量进行了指认。观测到的压力展宽为 \(0.12(2)\,\mathrm{MHz/torr}\),压力位移为 \(0.145(4)\,\mathrm{MHz/torr}\),表明该内壳层 \(4f\) 跃迁受到外层电子屏蔽,免受外部扰动影响。多体计算预测其亚稳态寿命约为 \(120\,\mathrm{ms}\)(品质因子 \(\mathcal{Q}\sim 3\times 10^{14}\)),对精细结构常数变化具有较大的灵敏度系数,并且其核自旋相关宇称破坏振幅与铯相当。关键在于,\(J=0\rightarrow J=0\) 的选择定则通过对称性抑制了核自旋无关的宇称破坏通道,以及此前在重原子实验中造成复杂性的 M1 和 E2 背景,从而为核磁矩提供了独一无二的干净观测窗口。钐的两种稳定自旋为 \(7/2\) 的同位素提供了一个绝佳机会,可通过测量两种同位素中宇称破坏效应的比值来大幅抵消原子结构不确定性。这些结果确立了中性钐作为内壳层精密光谱学以及超越标准模型新物理检验的平台地位。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-21 11:04

量科快讯