Experimental verification of hyperfine interactions using highly charged ions in a low magnetic field

在低磁场中使用高电荷离子进行超精细相互作用的实验验证

• 批准号: 22K13990
• 负责人: 木村 直樹
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13990/
• 关键词: 多価イオン; 超微細構造; 超微細相互作用; 極低温静電イオン蓄積リング; 準安定状態寿命測定; 電子ビームイオントラップ; 疑似ゼーマンフリー分光; プラズマアシストレーザー分光; 静電型イオン蓄積; 準安定状態

本課題は、孤立多価イオンの脱励起ダイナミクスの実験観測を通じて、電子と原子核の間に働くごく小さな超微細相互作用を研究することを目指している。2022年度は、理化学研究所の極低温静電イオン蓄積リング(RICE)において、本研究のマシンタイムを3週間ほど確保し、ネオン様塩素多価イオンCl7+の実験を行った。ネオン様多価イオンは、第三励起微細構造準位に準安定状態3P0を有する。本準位にポピュレートされたイオンは、核スピンをもつ場合に限り、例外的に早い超微細誘起遷移によって基底状態1S0へと直接脱励起することが、計算によって予測されており、その遷移レートは超微細相互作用を研究する有用なプローブである。しかし、外部磁場誘起による脱励起の寿命も非常に早く、強磁場環境下では超微細誘起遷移を正しく評価することは不可能であった。本実験では、磁場を用いないイオントラップ装置であるRICE中にCl7+を20ミリ秒間捕捉し、極端紫外光検出器で捕捉イオンからの発光を時間分解計測して、捕捉時間に対する準安定状態3P0の減衰を観測した。また、質量数35(76%)と質量数37(24%)のCl7+を別けて実験を行い、同位体間で異なる減衰を示していることも確認された。これは、核磁気モーメントの違いに起因する超微細誘起遷移特有の差異であり、目的の遷移の観測に成功したことを裏付けるものである。今後、測定データを詳細に解析し、準安定状態寿命および遷移レートの導出を行う。また関連研究として、比較的弱い磁場で運転できる小型電子ビームイオントラップを用いた多価イオン分光実験を推進している。本年度、本課題の採択前に我々が実証した疑似ゼーマンフリー分光を応用し、多価イオン時計遷移候補の超微細構造分裂を世界で初めて観測した。さらに、我々が過去に実証したプラズマアシストレーザー分光を寿命測定に応用できることも新たに実証した。

The purpose of this project is to study the ultra-fine interaction between electrons and nuclei through the detection of the excitation of isolated multi-nuclei. In 2022, the Institute of Physical Chemistry and Research Institute of Cryogenic Electrostatic Energy Storage (RICE) conducted a three-week study to ensure the development and production of Cl7 +. The third excitation starts from the fine structure level and the third excitation starts from the quasi-stable state. This level is useful for the study of ultra-fine induced migration, substrate state 1S 0, and direct de-excitation in limited and exceptional cases. It is impossible to evaluate the ultra-fine induced migration in strong magnetic field environment. In this paper, the magnetic field is used to detect the emission of Cl7+ in RICE in 20 seconds, and the extreme ultraviolet detector is used to detect the emission of Cl 7 + in 20 seconds. The mass of Cl7 + is 35(76%) and the mass of Cl7 + is 37(24%). The difference between the cause and the target of the ultra-fine induced migration is different. In the future, the determination of the state of life and migration of detailed analysis, quasi-stable state of the export process The study of correlation and comparison of weak magnetic fields in small electronic devices has been carried out in the field of spectroscopy. This year, we have been able to test the potential of ultra-fine structure splitting before the acquisition of this project. In addition, we have demonstrated in the past that the optical spectrum of the laser can be used for lifetime measurement, and now we have a new realization.

项目成果

Hyperfine-structure-resolved laser spectroscopy of many-electron highly charged ions

• DOI: 10.1038/s42005-023-01127-x
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Communications Physics
• 影响因子: 5.5
• 作者: N. Kimura;Priti;Yasutaka Kono;Pativate Pipatpakorn;Keigo Soutome;Naoki Numadate;S. Kuma;T. Azuma;N. Nakamura

多価イオンの新分光法を実証－多電子重元素多価イオンの超微細構造を観測－

多电荷离子新光谱方法的演示 - 多电子重元素多电荷离子超精细结构的观察 -

プラズマアシストレーザー分光を用いた電気四重極遷移の寿命測定

使用等离子体辅助激光光谱法测量电四极跃迁的寿命

• 发表时间: 2023
• 作者: 木村直樹;Priti;久間晋;東俊行;中村信行
• 通讯作者: 中村信行

多電子多価イオン超微細相互作用の実験研究～どう観るか？なぜ観るか？～

多电子多价离子超精细相互作用的实验研究——我们该如何看待？

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村直樹;Priti;久間晋;東俊行;中村信行
• 通讯作者: 中村信行

Nb多価イオンの高分解能可視分光

Nb 多价离子的高分辨率可见光谱

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村直樹;木山源一;Priti;和田道治;東俊行;中村信行
• 通讯作者: 中村信行