近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用全光激發(fā)實(shí)現(xiàn)了對極其稀有同位素氪-81的單原子探測，這一量子精密測量方法的重要進(jìn)展，將助力地球與環(huán)境科學(xué)的探究。相關(guān)成果近日在國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》上發(fā)表。

　　氪是一種微量的惰性氣體，在空氣中的含量為百萬分之一。它由多種同位素組成，包括一種半衰期為23萬年的放射性同位素氪-81，在空氣中的含量僅為百億億分之一(10-18)。20世紀(jì)60年代，在空氣中發(fā)現(xiàn)氪-81，科研人員夢想著用氪-81這個(gè)天然示蹤劑來幫助了解環(huán)境中的水、冰循環(huán)過程，為百萬年老的古地下水與冰川定年。

　　科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了單原子靈敏檢測方法“原子阱痕量分析”，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，國際上均采用氣體放電方法來制備亞穩(wěn)態(tài)氪原子，方法簡單可行，卻存在激發(fā)效率低、樣品損失和交叉污染等問題。

　　實(shí)驗(yàn)中，科研團(tuán)隊(duì)研制出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的種種問題。研究提出了新的機(jī)理來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。研究人員在保持光源高亮度特征的同時(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原子的探測速率。這一研究成果對于古地下水研究和尋找百萬年前形成的冰芯等科學(xué)問題具有重要意義。