Новый метод точной спектроскопии
Эксперимент проводился с парой ионов — кальция и магния, которые находятся в магнитной ловушке и удерживаются в равновесии. Коротко суть метода можно описать так: ион кальция (красный на рисунке) облучается короткими лазерными импульсами, причем частота этих импульсов меняется. Исследуемый атом поглощает фотоны на резонансной частоте, переходит в возбужденное состояние и начинает сильнее колебаться. Что, в свою очередь влияет, посредством сильного кулоновского взаимодействия, на ион магния, и он так же начинает колебаться. Эти колебания измеряются и информацию о состоянии исследуемого иона.
Рис. Схема эксперимента.
Новый метод позволяет исследовать ионы, которые находятся в возбужденном состоянии в течение нескольких микро или даже наносекунд.
Данная методика позволила измерить частоты определённых переходов иона кальция с точностью до 88 кГц, сделав это на порядок точнее, чем при любых предшествующих экспериментах. Так же отличительной чертой данного эксперимента является небольшое количество фотонов требуемых для получения сигнала, как отметил Florian Gebert (соавтор) «Наш метод требует только десять фотонов для получения сигнала», в то время как обычные методы спектроскопии требуют тысячи.
Вместе с большей чувствительностью, это открывает новые возможности в прецизионной спектроскопии молекулярных и металлических ионов, которые находятся в пространстве и часто используемых в качестве справочных астрономами.
Y. Wan, F. Gebert, J.B. Wübbena, N. Scharnhorst, S. Amairi, I.D. Leroux, B. Hemmerling, N. Lörch, K. Hammerer, P.O. Schmidt: Precision spectroscopy by photon-recoil signal amplification. // Nature Communications 5, Article number: 3096 (2014).