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测试观察到电场中原子的布赖特拉比效应

研发家 | 2025-07-08

中国科技大学、合肥国家实验室教授卢正天和研究员夏天的团队在实验中成功观察到了电场中原子能水平的布赖特·拉比位移。研究结果于6月27日发表在《国家科学院》杂志上。

在原子物理学中，量子态能级通常与磁场强度成正比。1931年，理论物理学家布赖特和拉比描述了一种非线性能级位移现象，后来被称为布赖特拉比效应。这是原子超精细结构和磁场共同作用产生的量子力学的基本效应，在许多实验中得到了观察，并广泛应用于量子精密控制领域。

此外，在电场的影响下，原子能级通常与场强平方成正比，即斯塔克位移。理论预测表明，在电场中，具有超精细结构的原子的能级变化会偏离这种简单的平方关系。这种情况被称为电场布赖特拉比效应，类似于磁场中的布赖特拉比效应。虽然这种基本的量子力学效应早在1968年就被理论推测出来了，但它的实验观测一直面临着技术挑战。

在本研究中，研究小组首先将171原子放入光偶极陷阱，利用激光监禁的高选择性排除其他可能产生影响的同位素;然后，利用光偶极陷精确控制原子，将其放置在一对间隔只有1毫米的万伏高压电极之间;同时，原子温度通过激光冷却技术降低到40微开尔文，有效消除了多普勒效应对光谱扩展的影响。通过这一系列的实验步骤，研究小组成功地实现了强电场环境下高精度光谱测量的171原子。

实验数据显示，原子能级的变化显著偏离了传统的斯塔克效应。研究小组观察到，能级位移与电场四六方成正比的高级奉献，直接验证了电场布赖特拉比效应。

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