中国科大运用全光激发实现氪-81的单原子探测

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7 月 9 日消息 从中国科大获悉，中国科学技术大学教授卢征天及 Florian Ritterbusch 博士运用全光激发实现了对极其稀有同位素氪-81 的单原子探测，这一量子精密测量方法的突破将助力于地球与环境科学研究。

了解到，相关成果以“Optical Excitation and Trapping of 81Kr”为题于 7 月 6 日发表在《物理评论快报》上。

氪是一种微量的惰性气体，在空气中的含量为百万分之一，其由多种同位素组成，包括一种半衰期为 23 万年的放射性同位素氪-81，在空气中的含量仅为百亿亿分之一（10-18）。卢征天教授发明了一种称为“原子阱痕量分析”的单原子灵敏检测方法，可以一个一个地数出环境样品中所含的氪-81 原子。

据介绍，用原子阱捕获氪-81 需要首先将原子激发到一个亚稳量子态上。在本工作中，科研组研制成一种高亮度共振真空紫外灯，并将其应用于全光激发氪原子，从而避免了气体放电所带来的种种问题。团队提出了一种新的机理来解释真空紫外光子在氪气中传播时的“自吸收”现象 —— 光子在氪气中多次散射后并未损失，而是其频率发生了偏移。经过四年的不断尝试，他们在保持光源高亮度特征的同时，减小了光频偏移，建成了基于全光激发的氪原子阱，并达到了每小时 1800 个氪-81 原子的探测速率。