記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授盧征天及其同事運(yùn)用全光激發(fā)實(shí)現(xiàn)了對(duì)極其稀有同位素氪-81的單原子探測(cè)，這一量子精密測(cè)量方法的突破將助力于地球與環(huán)境科學(xué)研究，相關(guān)成果近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

我們身邊有一種微量的惰性氣體叫氪，它在空氣中的含量為百萬(wàn)分之一。氪由多種同位素組成，包括一種半衰期為23萬(wàn)年的放射性同位素氪-81，在空氣中的含量?jī)H為百億億分之一(10-18)。自從20世紀(jì)60年代在空氣中發(fā)現(xiàn)氪-81以來(lái)，科研人員一直夢(mèng)想著用氪-81這個(gè)天然示蹤劑來(lái)幫助了解環(huán)境中的水、冰循環(huán)過(guò)程，給百萬(wàn)年老的古地下水與冰川定年。盧征天教授發(fā)明了一種稱為“原子阱痕量分析”的單原子靈敏檢測(cè)方法，可以一個(gè)一個(gè)地?cái)?shù)出環(huán)境樣品中所含的氪-81原子。

用原子阱捕獲氪-81需要首先將原子激發(fā)到一個(gè)亞穩(wěn)量子態(tài)上。目前國(guó)際上均采用氣體放電方法來(lái)制備亞穩(wěn)態(tài)氪原子，方法簡(jiǎn)單可行，然而存在著激發(fā)效率低、樣品損失和交叉污染等問(wèn)題。科研人員研制成一種高亮度共振真空紫外燈，并將其應(yīng)用于全光激發(fā)氪原子，從而避免了氣體放電所帶來(lái)的種種問(wèn)題。研究人員提出了一種新的機(jī)理來(lái)解釋真空紫外光子在氪氣中傳播時(shí)的“自吸收”現(xiàn)象——光子在氪氣中多次散射后并未損失，而是其頻率發(fā)生了偏移。經(jīng)過(guò)四年的不斷嘗試，他們?cè)诒３止庠锤吡炼忍卣鞯耐瑫r(shí)，減小了光頻偏移，建成了基于全光激發(fā)的氪原子阱，并達(dá)到了每小時(shí)1800個(gè)氪-81原子的探測(cè)速率。對(duì)于古地下水研究和尋找百萬(wàn)年前形成的冰芯等科學(xué)問(wèn)題，這種原子阱超靈敏分析工具帶來(lái)了新的研究機(jī)遇。